Temperatura de transição vítrea dos polímeros: um guia completo

A transição vítrea é um comportamento comummente observado nos polímeros e útil para muitas aplicações. No entanto, esta transição ocorre com muitas considerações em conta, e compreender a temperatura de transição vítrea dos polímeros é fundamental.

Se desejar saber mais sobre este tema, o guia abaixo pode ajudar.

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 frágil para um estado de borracha. Se se questiona sobre o que é a Tg, então a Tg é uma característica muito crítica 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 sofrem transição vítrea?

Os três diferentes tipos de polímeros que sofrem uma transição vítrea são discutidos na secção abaixo.

1. Polímeros amorfos

Os polímeros amorfos são compostos por um estado molecular aleatório. Na Tg, os polímeros amorfos assumem o estado de vidro, o que os torna rígidos, duros e frágeis.

Quando têm uma Tg mais baixa, existe espaço entre as moléculas, o que permite movimento a baixas temperaturas.

Quando a temperatura aumenta, os materiais tendem a amolecer nos polímeros amorfos. Alguns dos polímeros amorfos são PMMA, ABS, PVC, etc.

2. Polímeros cristalinos

Os polímeros cristalinos têm uma estrutura molecular altamente ordenada. Não amolecem quando há um aumento de temperatura e têm um estreito ponto de fusão.

Esse ponto de fusão situa-se geralmente acima do limite superior dos polímeros amorfos. Alguns dos polímeros cristalinos são POM, PEEK e PET.

3. Polímeros semicristalinos

Os polímeros semicristalinos têm uma mistura de estruturas ordenadas e aleatórias. As estruturas ordenadas limitam o movimento das cadeias poliméricas, o que aumenta a Tg.

Vantagens e desvantagens dos polímeros

As vantagens e desvantagens dos polímeros são apresentadas abaixo:

• Os polímeros são leves e, por isso, adequados para aplicações sensíveis ao peso.
• Os polímeros oferecem flexibilidade de design e, por isso, podem ser moldados de forma versátil mesmo em geometrias complexas.
• São resistentes à corrosão e não se deterioram sequer devido à humidade ou à exposição química.
• Os polímeros têm excelentes propriedades de isolamento elétrico e, por isso, são adequados para aplicações de cablagem e eletrónica.

• Os polímeros têm baixa resistência, o que limita a sua utilização em aplicações de elevado esforço.
• Os polímeros são sensíveis ao calor, pois têm geralmente pontos de fusão baixos e podem não ser adequados para ambientes com temperaturas elevadas.
• A utilização de polímeros em condições adversas ou sob raios UV, a longo prazo, pode causar a sua degradação.
• Certos polímeros são sensíveis a alguns produtos químicos, o que faz com que se dissolvam ou fissurem.

Quais são os exemplos de polímeros com Tg alta ou baixa?

Polímeros com Tg alta

Polímeros como o polimetilmetacrilato e o poliestireno têm Tg alta e são frágeis e duros.

Polímeros com Tg baixa

Polímeros como o poli-isobutileno e o poli-isopreno têm Tg inferior à temperatura ambiente; por isso, são macios e flexíveis.

Qual é a diferença entre Tg e Tm?

A 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 semicristalino passa de um estado semelhante ao vidro para um estado semelhante à borracha.
• A Tm é a temperatura à qual as regiões cristalinas do plástico semicristalino passam do estado sólido para o estado líquido.

Quais são os fatores que afetam a Tg?

Alguns dos fatores que afetam a Tg são os seguintes:

Estrutura química

• Num polímero constituído por uma cadeia linear, o aumento da massa molecular diminui a concentração nas extremidades da cadeia e, por isso, 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 da reticulação, a mobilidade do polímero diminui, o que aumenta a Tg.
• Caso estejam 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 dos polímeros, o que cria espaço. Esses aumentos permitem que as cadeias deslizem umas sobre as outras 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; caso o valor da entropia seja 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 fatores que regem a Tg

Outros fatores que influenciam a transição vítrea dos polímeros são os seguintes:

• O comprimento da cadeia alquílica
• Espessura do filme
• Interação da ligação
• Flexibilidade da cadeia polimérica
• Ramificação das cadeias

Quais são os métodos para determinar a Tg?

Os três métodos de determinação da Tg são os seguintes:

1. Calorimetria diferencial de varrimento (DSC)

A DSC é um método termoanalítico que utiliza um calorímetro com varrimento diferencial. Monitoriza a variação 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 utilizada 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 é submetido a vários ciclos de aquecimento e arrefecimento, e é determinada uma diferença entre a temperatura da amostra e da referência.

A temperatura é mantida ao longo dos diferentes ciclos térmicos, garantindo que o ambiente de ensaio tem condições constantes.

3. Análise mecânica dinâmica (DMA)

A DMA analisa a rigidez do material utilizando um analisador mecânico. A tensão mecânica é aplicada à 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 fundamental para escolher os polímeros para diferentes aplicações.

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Perguntas frequentes

Quais são as unidades da temperatura de transição vítrea?

As unidades da temperatura de transição vítrea são Fahrenheit, Celsius e Kelvin.

Porque 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 na temperatura de transição vítrea?

Na temperatura de transição vítrea, o polímero passa do estado frágil para o estado borrachoso.