Temperatura de transição vítrea de polímeros: Um guia completo
A transição vítrea é um comportamento comummente observado nos polímeros que é útil para muitas aplicações. No entanto, esta transição ocorre com muitas considerações em vigor, e compreender a temperatura de transição vítrea dos polímeros é importante.
Se quiser saber mais sobre este assunto, o guia abaixo pode ajudá-lo.
O que é a temperatura de transição vítrea dos polímeros?
A temperatura de transição vítrea (Tg) é aquela em que os polímeros passam de um estado vítreo e quebradiço para um estado de borracha. Se está a pensar no que é a Tg, então a Tg é uma caraterística muito importante do comportamento do polímero.
Indica a região onde ocorrem as alterações no vidro em termos das suas propriedades físicas e mecânicas.
Que tipo de polímeros passam por transição vítrea?
Os três tipos diferentes de polímeros que sofrem uma transição vítrea são discutidos na secção seguinte.
1. Polímeros amorfos
Os polímeros amorfos são compostos por um estado molecular que é aleatório. Quando atingem a Tg, os polímeros amorfos assumem o estado de vidro, o que os torna rígidos e quebradiços.
Quando têm uma tg mais baixa, têm espaço entre as moléculas, o que permite o movimento a baixas temperaturas.
Quando a temperatura aumenta, os materiais tendem a ficar mais macios nos polímeros amorfos. Alguns dos polímeros amorfos são o PMMA, o ABS, o PVC, etc.
2. Polímeros cristalinos
Os polímeros cristalinos têm uma estrutura molecular altamente ordenada. Não ficam moles quando há um aumento de temperatura e têm uma estreita ponto de fusão.
Este ponto de fusão situa-se normalmente acima da gama superior do polímero amorfo. Alguns dos polímeros cristalinos são o POM, o PEEK e o PET.
3. Polímeros Semi-cristalinos
Os polímeros semi-cristalinos têm uma mistura de estruturas ordenadas e aleatórias. As estruturas ordenadas limitam o movimento das cadeias poliméricas, o que aumenta a Tg.
Prós e contras dos polímeros
Os prós e os contras dos polímeros são apresentados a seguir:
Prós
- Os polímeros são leves e, por isso, são adequados para aplicações sensíveis ao peso.
- Os polímeros oferecem flexibilidade de conceção e, por conseguinte, podem ser moldados com versatilidade mesmo em geometrias complexas.
- São resistentes à corrosão e nem sequer se deterioram devido à humidade ou à exposição a produtos químicos.
- Os polímeros têm excelentes propriedades de isolamento elétrico e, por isso, são adequados para aplicações de cablagem e electrónicas.
Contras
- Os polímeros têm baixa resistência, o que limita a sua utilização em aplicações de alta tensão.
- Os polímeros são sensíveis ao calor, uma vez que têm normalmente pontos de fusão baixos e podem não ser adequados para ambientes com temperaturas elevadas.
- A utilização de polímeros em condições adversas ou com raios UV pode, a longo prazo, provocar a sua degradação.
- Certos polímeros são sensíveis a alguns produtos químicos, o que faz com que se dissolvam ou rachem.
Quais são os exemplos de polímeros com Tg alta ou baixa?
Polímeros com Tg elevada
Polímeros como o polimetacrilato de metilo e o poliestireno têm uma Tg elevada, são frágeis e duros.
Polímeros com baixa Tg
Polímeros como o poli-isobutileno e o poli-isopreno têm uma Tg inferior à temperatura ambiente; por conseguinte, são macios e flexíveis.
Qual é a diferença entre Tg e Tm?
Tg é a temperatura de transição vítrea, enquanto o ponto de fusão é representado por Tm.
- A Tg define a forma como a região amorfa do plástico semi-cristalino passa de um estado semelhante ao vidro para um estado semelhante à borracha.
- Tm é a temperatura à qual as regiões cristalinas no plástico semi-cristalino passam do estado sólido para o estado líquido.
Quais são os factores que afectam a Tg?
Alguns dos factores que afectam a Tg são os seguintes:
Estrutura química
- Num polímero constituído por uma cadeia reta, o aumento do peso molecular diminui a concentração na extremidade da cadeia e, consequentemente, a Tg aumenta.
- Se a estrutura molecular for volumosa, observa-se uma diminuição da mobilidade, o que aumenta a Tg do material.
- Nos casos em que há um aumento das ligações cruzadas, a mobilidade do polímero diminui, o que aumenta a Tg.
- No caso de estarem presentes grupos polares, as forças intermoleculares são elevadas, o que diminui o volume livre e resulta numa Tg elevada.
Adição de plastificantes
A adição de plastificantes aumenta o espaço entre as cadeias de polímeros, o que cria espaço. Estes aumentos permitem o deslizamento das cadeias e, por conseguinte, há uma diminuição da Tg.
Teor de água ou humidade
Quando existe um elevado teor de humidade nas cadeias poliméricas, surge uma diminuição do desempenho, o que diminui a Tg.
Efeito da entropia e da entalpia
Nos polímeros amorfos, o valor da entropia é elevado e nos polímeros cristalinos é baixo; no caso de o valor da entropia ser elevado, a Tg é ainda mais elevada.
Pressão e volume livre
Devido ao aumento da pressão, o volume livre diminui e, por conseguinte, a Tg é elevada.
Outros factores que determinam a Tg
Outros factores que influenciam a transição vítrea dos polímeros são os seguintes
- O comprimento da cadeia alquílica
- Espessura da película
- Interação da ligação
- Flexibilidade na cadeia polimérica
- Ramificação de cadeias
Quais são os métodos para determinar a Tg?
Os três métodos de determinação da Tg são os seguintes
1. Calorimetria Exploratória Diferencial (DSC)
O DSC é um método termo-analítico que utiliza um calorímetro com varrimento diferencial. Monitoriza a alteração do fluxo de calor entre a referência e a amostra em função da temperatura ou do tempo.
Determina também as propriedades térmicas do polímero e é utilizado para as regiões amorfas de polímeros estáveis.
2. Análise térmica diferencial (DTA)
A DTA é também um método de análise térmica. Mede a Tg do material. O material passa por vários ciclos de aquecimento e arrefecimento, e é determinada uma diferença entre a temperatura da amostra e a temperatura de referência.
A temperatura é mantida ao longo dos diferentes ciclos de aquecimento, assegurando que o ambiente de teste tem condições constantes.
3. Análise dinâmico-mecânica (DMA)
O DMA analisa a rigidez do material utilizando um analisador mecânico. A tensão mecânica é aplicada na amostra e o instrumento mede a deformação. Ajuda a avaliar a transição vítrea, o comportamento da rigidez e também o grau de cristalinidade.
Conclusão
A temperatura de transição vítrea é um mecanismo técnico e a sua compreensão é muito importante para a escolha dos polímeros para diferentes aplicações.
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FAQs
Quais são as unidades da temperatura de transição vítrea?
As unidades de temperatura de transição vítrea são Fahrenheit, Celsius e Kelvin.
Porque é que é importante identificar a Tg dos polímeros?
A Tg determina a região onde ocorre a alteração das propriedades físicas e mecânicas de um polímero.
O que acontece a um polímero à temperatura de transição vítrea?
Na temperatura de transição vítrea, o polímero muda o seu estado de frágil para o estado de borracha.
