As transições térmicas são transformações na estrutura dos polímeros causadas pela temperatura em que são submetidos podendo interferir diretamente em suas propriedades.

O que são transições térmicas?

Quando um polímero é submetido à um aquecimento ou resfriamento, sua estrutura pode sofrer transformações de fase. Tais transformações podem envolver absorção ou liberação de energia na forma de calor, e são conhecidas como transições térmicas. As transições térmicas ocorrem de acordo com os níveis energéticos absorvidos ou liberados, pois cada transformação demanda uma determinada quantidade de energia.

Existem dois tipos principais de transições térmicas:

Transições de primeira ordem: São transições que ocasionam alterações instantâneas na entropia e no volume específico do polímero em função da temperatura ou pressão. Como exemplo temos a Cristalização e a Fusão dos Cristais.

Transições de segunda ordem: São transições que, ao contrário das transições de primeira ordem, não resultam em alterações instantâneas de entropia e nem no volume específico do polímero em função da temperatura ou pressão. Como exemplo temos a Transição Vítrea.

(Nós já escrevemos um texto sobre transição vítrea aqui no blog. Leia agora clicando no link: https://afinkopolimeros.com.br/temperatura-de-transicao-vitrea-tg/)

Por que determinar as transições térmicas?

Em alguns casos é de extrema importante conhecer as faixas de temperatura onde ocorrem essas transformações, pois elas podem afetar diretamente as propriedades dos polímeros, e consequentemente seu desempenho, bem como as condições de processo e moldagem de cada um deles.

A cristalização, por exemplo, é responsável por garantir ao polímero um aumento gradual em sua resistência mecânica. Portanto, conhecer a temperatura e a cinética dessa transição térmica é de extrema importância para controlá-la durante o processamento. Além disso, ter conhecimento da temperatura onde ocorre a fusão dos cristais também é necessário, principalmente para realizar a seleção correta do material para cada aplicação e escolher as melhores condições de moldagem.

Figura: Imagem Ilustrativa de Molécula Química

Outra transição térmica importante, e que está diretamente associada às propriedades e aplicações dos polímeros é a Transição Vítrea. Essa transição ocorre quando, durante o aquecimento, a fase amorfa de um material polimérico passa de um estado vítreo, onde suas cadeias não possuem energia suficiente para ter mobilidade, para um estado borrachoso, onde as cadeias de sua fase amorfa passam a ter energia interna suficiente para de deslocar.

Quais ensaios são utilizados para determinar as transições térmicas?

Análise Térmica Dinâmico-Mecânica (DMA ou DMTA).

A análise DMTA é responsável por determinar com exatidão a temperatura onde ocorre a Transição Vítrea (Tg). É um ensaio onde a amostra é submetida à uma deformação oscilatória (senoidal, na maioria das vezes), que pode ser de tração, flexão, torção e cisalhamento. Durante o ensaio, o equipamento mensura a resposta mecânica da amostra enquanto ocorre uma varredura em uma faixa de temperatura definida.

À medida que um polímero termoplástico é aquecido, e submetido às deformações, em uma determinada temperatura específica ocorre a perda da rigidez original, devido ao ganho de mobilidade das cadeias da fase amorfa, caracterizada graficamente por uma queda no módulo de armazenamento em função da temperatura.

Desta forma, através da análise gráfica, ao se analisar a queda no módulo pronunciada no gráfico, gerado pelo equipamento DMTA, é possível determinar com exatidão a temperatura onde ocorre a transição vítrea (Tg), responsável pela perda de rigidez do material polimérico.

Figura: Curvas geradas pelo Ensaio DMTA.

Ensaio Calorimetria Exploratória Diferencial (DSC).

O ensaio de DSC é capaz de determinar com exatidão o processo de cristalização e de fusão dos cristais, além de determinar a faixa de temperatura onde ocorre a transição vítrea da amostra. Essa análise consiste em submeter a amostra a uma varredura em uma faixa de temperaturas definida e, através das variações de entalpia pode-se determinar as transições térmicas, tanto de primeira quanto de segunda ordem.

(Nós já escrevemos um texto completo sobre o ensaio de DSC. Confira agora clicando no link: https://afinkopolimeros.com.br/dsc-o-que-e-e-para-que-serve/)

Figura: Curva característica gerada durante o ensaio DSC.

Ao realizar um ensaio de DSC, obtém-se como resultado uma curva que relaciona o fluxo de calor com a temperatura, durante as condições de aquecimento e resfriamento aplicadas. A Transição vítrea (Tg), é caracterizada graficamente por uma mudança na linha de base da curva DSC como destacado na figura abaixo.

Já as temperaturas onde ocorrem as transições de primeira ordem, como a Cristalização (Tc) e a Fusão Cristalina (Tm), são caracterizadas por picos bem definidos no gráfico, podendo ser exotérmicas (liberação de calor) ou endotérmicas (absorção de calor) como destacado na figura abaixo.

Figura: Curva característica gerada durante o ensaio DSC.

Além de sua indiscutível utilidade prática em processamento e aplicação de polímeros, a determinação e conhecimento das transições térmicas são uma poderosa ferramenta na caracterização de polímeros, contribuindo de maneira relevante para sua identificação.

A Afinko Soluções em Polímeros, realiza todos os ensaios necessários para a identificação das Transições Térmicas de diversos polímeros. Caso tenha interesse em realizá-los, entre em contato através do e-mail:  contato@afinkopolimeros.com.br

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