Cristalização de Polímeros por Análise Térmica

A calorimetria exploratória diferencial (DSC) é uma técnica de medição poderosa 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.

O DSC pode medir a cristalização de um polímero durante medições de aquecimento e resfriamento, bem como examinar o efeito de diferentes taxas de resfriamento na cristalização.

Neste exemplo, o tereftalato de polietileno (PET) passa por um ciclo de aquecimento-resfriamento-aquecimento. Durante o primeiro aquecimento, o polímero cristaliza antes de derreter, indicando que era um material maioritariamente amorfo. Uma vez no fundido, o PET é então resfriado e a cristalização ocorre novamente a uma temperatura ligeiramente mais alta. Após a segunda corrida de aquecimento, não há pico de cristalização porque o PET atingiu a cristalinidade máxima durante o ciclo de resfriamento.

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A análise termomecânica (TMA) mede as mudanças dimensionais em um material. O TMA fornece informações características sobre vários tipos de amostras, por exemplo, camadas muito finas, grandes cilindros de amostras, fibras finas, filmes, placas, polímeros macios ou duros e monocristais.

Como a densidade dos materiais muda durante a cristalização, o TMA é uma ferramenta útil para determinar o comportamento de cristalização dos polímeros. Uma vez que podemos usar o PET como exemplo. Quando o PET é aquecido, ele passa pela sua transição vítrea (Tg) a cerca de 80 °C, uma expansão é observada. Então o polímero começa a se contrair (110 °C), este é o início da cristalização. Nos polímeros, a cristalização causa um encolhimento do material e as cadeias poliméricas se organizam em domínios cristalinos ordenados.

A análise mecânica dinâmica (DMA) é uma técnica importante usada para medir as propriedades mecânicas e viscoelásticas de materiais como termoplásticos, termofixos, elastômeros, cerâmicas e metais. O DMA mede o módulo em função do tempo ou da temperatura e fornece informações sobre transições de fase.

Mais uma vez, podemos olhar para o PET como um sistema modelo. Pode-se observar que à medida que a temperatura muda, o módulo também muda. A cristalização do PET é indicada por um módulo de aumento a 110 °C à medida que as cadeias poliméricas se organizam em uma estrutura cristalina mais ordenada.

O Flash DSC revoluciona o DSC de varredura rápida. O instrumento pode analisar processos de reorganização que antes eram impossíveis de medir. As taxas de aquecimento e arrefecimento cobrem agora um intervalo de mais de 7 décadas, permitindo examinar a influência destas taxas.

As taxas ultra-altas de aquecimento e resfriamento acrescentam uma nova dimensão ao estudo de transições físicas e processos químicos induzidos termicamente, por exemplo, a cristalização e reorganização de polímeros, metais e outros materiais.

O exemplo acima mostra o efeito de diferentes taxas de aquecimento na cristalização e reorganização do polipropileno. As condições de processamento em tempo real podem ser imitadas com um Flash DSC.