A transição vítrea é um parâmetro muito importante para aplicação de polímeros.
No contexto dos polímeros e suas aplicações, o conceito de temperatura de transição vítrea (Tg) é uma das propriedades térmicas fundamentais e pode ser usada para seleção do material mais adequado para uma aplicação específica. A temperatura de transição vítrea está associada unicamente com a fase amorfa dos polímeros e, portanto, é observada em polímeros amorfos e semicristalinos.
Essa é a temperatura em que ocorre a transição de um estado vítreo, no qual as moléculas da fase amorfa não possuem mobilidade, para um estado borrachoso, em que as moléculas da fase amorfa passam a ter mobilidade. A Tg pode ser medida por técnicas de análise térmica com DSC e DMA, utilizando-se métodos como o descrito na norma ASTM E1142-15, por exemplo.
O que ocorre na temperatura de transição vítrea (Tg)?
Para entender o que ocorre na temperatura de transição vítrea deve-se ter em mente as propriedades físicas nos materiais poliméricos. Elas dependem, entre outros fatores, da mobilidade das cadeias poliméricas, que por sua vez está diretamente relacionada à temperatura. Dessa forma, à medida que a temperatura diminui restringe-se a energia fornecida e consequentemente os movimentos moleculares.
Abaixo da Tg o material encontra-se em um estado vítreo em que sua energia interna não é suficiente para que ocorra as cadeias apresentem mobilidade. Qualque plástico ou borracha que estiver numa temperatura abaixo de sua Tg apresentará o comportamento mecânico de um sólido rígido, e na maioria das vezes frágil. Com o aumento da temperatura, a energia fornecida ao material torna-se suficiente para que as cadeias da fase amorfa adquiram mobilidade. Materiais que estão acima de sua Tg apresentam um comportamento borrachoso de sua fase amorfa, ou seja, essa fração passará a ter um comportamento flexível e dúctil.
No entanto, nesse caso, considerações devem ser feitas com relação à presença e percentual de cristalinidade antes de inferir sobre o comportamento mecânico final de um polímero quando acima de sua Tg. Além disso, a transição vítrea se reflete macroscopicamente através de mudanças em várias propriedades, como por exemplo: capacidade calorífica, coeficiente de expansividade térmica e propriedades viscoelásticas.
Como medir a temperatura de transição vítrea?
As temperaturas de transição vítrea podem ser medidas por meio das técnicas de Calorimetria Exploratória Diferencial (DSC) ou Análise Térmica Dinâmico-Mecânica (DMTA). A análise de DSC apresenta facilidade de preparação de amostras e rapidez de realização. A Tg aparece na curva como uma mudança na linha de base.
Figura: Curva típica de DSC
Na análise térmica dinâmico-mecânica são aplicadas solicitações mecânicas a um material e é medida a sua resposta em função da temperatura, frequência e tempo. Esse método apresenta bastante precisão na determinação do valor de Tg.
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