A transição vítrea (T g ) é uma transição física reversível que ocorre quando a porção amorfa de um material é aquecida ou resfriada em uma faixa específica de temperatura. Resfriando um material abaixo de sua temperatura de transição vítrea, ele se torna quebradiço como o vidro, enquanto aquece acima da Tg o material torna-se coriáceo e depois emborrachado. Conhecer os valores característicos da transição vítrea, como a temperatura de transição vítrea T g em K ou °C e o valor delta c p em J/g°C (= a altura do degrau da curva) é útil para a determinação da faixa de temperatura operacional ou o conteúdo amorfo de um material semicristalino.
Visão geral dos tópicos:
Propriedades físicas como a capacidade térmica, C p , o coeficiente de expansão térmica (CTE) e o módulo de armazenamento (G') mudam na transição vítrea. A figura mostra três curvas diferentes de poliestireno (PS) obtidas por Calorimetria Exploratória Diferencial (DSC), Análise Termomecânica (TMA) e Análise Mecânica Dinâmica (DMA). A curva Cp foi determinada a partir de um aquecimento DSC a 5 K/min. O PS foi resfriado por choque de antemão. O CTE foi obtido a partir da segunda corrida de aquecimento com TMA, e o módulo (G') foi determinado com medição de cisalhamento DMA a 10 Hz.
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A calorimetria exploratória diferencial (DSC) é uma técnica de medição versátil implantada em muitos laboratórios analíticos, tanto para CQ quanto para P&D. Ele mede o fluxo de calor produzido em uma amostra quando ela é aquecida, resfriada ou mantida isotermicamente a uma temperatura constante.
DSC é uma rota popular para determinar a transição vítrea devido à sua facilidade de uso e curtos tempos de medição.
Um DSC convencional normalmente cobre medições de até 700 °C. No entanto, ótimos resultados também podem ser obtidos acima de 700 °C usando um Analisador Termogravimétrico/ Calorímetro de Varredura Diferencial (TGA/DSC) da METTLER TOLEDO.
No exemplo do policloreto de vinila (PVC), a temperatura de transição vítrea e seu valor delta cp mostram-se dependentes do grau de cloração.
Padrões
Um padrão é usado para fornecer uma norma comparativa que seja amplamente aplicada e reconhecida. Isto garante que os resultados dos testes em processos de produção e testes que aplicam o mesmo padrão sejam uniformemente comparáveis. As normas podem – quando disponíveis – substituir a validação do método na análise, que é necessária para garantia de qualidade, acreditação ou aprovação. Hoje, a padronização em análise térmica é realizada por diversas organizações nacionais e internacionais, como ISO, ASTM, DIN e CEN.
Existem muitos padrões disponíveis que regulam a determinação da transição vítrea. Esses padrões são ISO 11359-2, ISO 11357-2, EN 6032, ASTM E1356 ou ASTM D3418, apenas para citar alguns.
Diferentes métodos podem ser usados para avaliar a transição vítrea a partir da curva de fluxo de calor DSC. O software S TA R e da METTLER TOLEDO suporta os seguintes métodos:
- De acordo com DIN
- De acordo com ASTM
- De acordo com Richardson
- De acordo com ISO
A imagem abaixo mostra os diferentes métodos de avaliação e seus resultados.
Dicas e sugestões
Para a técnica mais comum DSC: A medição de dados quantitativos de transição vítrea de boa qualidade é uma tarefa desafiadora para DSC. No entanto, é uma técnica comum e útil devido à disponibilidade de instrumentos DSC, preparação simples da amostra, tempo de medição relativamente curto, boa precisão e fácil avaliação utilizando software comercial.
Dicas e sugestões para obter bons dados incluem:
- Estabilize o instrumento antes da medição
- Nunca use a primeira medição depois de ligar o instrumento
- Verifique a reprodutibilidade usando medições repetidas
- A média de medições diferentes melhora a precisão
- Coloque os cadinhos limpos com precisão no sensor
- Se possível, use cadinhos com apenas uma pequena diferença de massa, <50 µg
- Recomendado: cadinho de 40 µL; massa da amostra: 10 a 20 mg para materiais orgânicos
- Garanta um bom contato térmico entre a amostra e o cadinho
Aplicações
Produtos Relacionados
Calorimetria Exploratória Diferencial (DSC)
A DSC mede as entalpias associadas às transições e reações químicas e determina a temperatura na qual esses processos ocorrem.
TMA/SDTA
A análise termomecânica (TMA) é utilizada para medir alterações dimensionais de um material, como uma função de temperatura.
Analisador Mecânico Dinâmico (DMA)
Determine as amplitudes de força e deslocamento, bem como mudanças de fase com o analisador mecânico dinâmico.
Perguntas frequentes
Quais principais fatores influenciam a transição vítrea?
O grau de cura/reticulação, os plastificantes, a cristalinidade e a história térmica influenciam a transição vítrea.
Quais são os resultados típicos para transição vítrea obtidos a partir da curva de fluxo de calor DSC?
Temperatura de transição vítrea, altura do degrau, que corresponde à capacidade térmica específica cp e largura da transição vítrea.
Por que o conhecimento da temperatura de transição vítrea é importante?
- Para determinação da temperatura máxima de uso do material
- Para ajustar os parâmetros do processo se o material tiver que ser processado em um determinado estado
- Para determinação do grau de cura de materiais termoendurecíveis
- Para determinar se um material é cristalino, amorfo ou semicristalino
Como a transição vítrea pode ser determinada acima de 700 °C?
A transição vítrea pode ser medida em uma faixa de alta temperatura usando um TGA/DSC .
Quais são as técnicas de análise térmica mais sensíveis para determinar a transição vítrea?
A sensibilidade para transição vítrea aumenta na seguinte ordem: TGA/DSC, DSC, DSC modulado por temperatura, TMA, Carga Diferencial TMA (DLTMA) e finalmente DMA. Isso se deve à ordem de grandeza que aumenta a propriedade física medida com a respectiva técnica.