A cristalinidade dos polímeros é um fator estrutural muito importante pois está diretamente relacionado com diversas propriedades, entre elas as mecânicas. O ensaio de Calorimetria Diferencial Exploratória (DSC) é um dos testes mais práticos para determinação do teor de cristalinidade dos materiais poliméricos.
O que é a cristalinidade de um polímero?
Os polímeros são materiais compostos por longas cadeias de átomos formadas unidades básicas que se repetem ao longo da estrutura molecular (conhecida como mero). A Cristalinidade está relacionada com a forma com a qual essas longas cadeias estão organizadas. Assim, um cristal é formado quando as moléculas poliméricas apresentam ordem de longo alcance, ou seja, estão ordenadamente empacotadas ao longo de grandes distâncias atômicas.
Devido ao enorme comprimento de suas cadeias, os polímeros, em condições normais, não se cristalizam por completo e, dessa forma, são conhecidos como polímeros semicristalinos. O processo de cristalização de um determinado polímero depende de diversos fatores, principalmente da taxa de resfriamento utilizada durante o processo de moldagem.
Figura: Imagens de estruturas cristalinas de polímeros.
Por outro lado, alguns polímeros, por características estruturais de suas moléculas, não se cristalizam. Estes são conhecidos como polímeros amorfos.
Quais propriedades são alcançadas através da cristalinidade?
A cristalinidade tem influência na maioria das propriedades dos polímeros. Como, por exemplo, as propriedades ópticas. Quanto maior o grau de cristalinidade dos polímeros mais opacos eles se tornam. Assim, polímeros transparentes não possuem cristalinidade, ou seja, são amorfos.
Além disso, à medida que os teores de cristalinidade aumentam em um polímero, há também o aumento do módulo elástico, resistência ao escoamento e dureza.
Como determinar o teor de cristalinidade em materiais poliméricos?
Uma das principais técnicas para determinação da cristalinidade de materiais poliméricos é a Análise de Calorimetria Diferencial Exploratória (DSC).
Durante o ensaio DSC a amostra é submetida à uma rampa de temperaturas e o fluxo de calor causado pelas transições térmicas dos materiais analisados (processos endotérmicos, exotérmicos e variações na capacidade calorífica) é medido em função do tempo e temperatura.
Os polímeros semicristalinos possuem uma transição térmica caracterizada pela fusão dos cristais. Essa transição ocorre a uma temperatura conhecida como Temperatura de Fusão Cristalina (Tm), onde o material adquire energia suficiente para vencer as forças secundárias que unem as moléculas de seus cristais, causando a sua transformação para o estado líquido (viscoso).
Como neste processo ocorre absorção de energia, o DSC mensura o fluxo de calor obtendo o valor da variação de entalpia ocorrida durante esta transição térmica. Através da entalpia medida, e comparando-se com valores teóricos obtidos em laboratório, obtém-se o teor de cristalinidade do material analisado.
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