Cristalización de Polímeros Mediante Análisis Térmico

La calorimetría de barrido diferencial (DSC) es una potente técnica de medición empleada en muchos laboratorios analíticos, tanto para el control de calidad como para I+D. Mide el flujo de calor producido en una muestra cuando se calienta, se enfría o se mantiene isotérmicamente a una temperatura constante.

El DSC puede medir la cristalización de un polímero durante las mediciones de calentamiento y enfriamiento, así como examinar el efecto de diferentes velocidades de enfriamiento sobre la cristalización.

En este ejemplo, el tereftalato de polietileno (PET) pasa por un ciclo de calentamiento-enfriamiento-calentamiento. Durante el primer calentamiento, el polímero cristaliza antes de fundirse, lo que indica que se trataba de un material mayoritariamente amorfo. Una vez fundido, el PET se enfría y se produce de nuevo la cristalización a una temperatura ligeramente superior. En el segundo calentamiento, no se produce ningún pico de cristalización porque el PET alcanzó su máxima cristalinidad durante el ciclo de enfriamiento.

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El análisis termomecánico (TMA) mide los cambios dimensionales de un material. El TMA proporciona información característica sobre numerosos tipos de muestras, por ejemplo, capas muy finas, grandes cilindros de muestra, fibras finas, películas, placas, polímeros blandos o duros y monocristales.

Dado que la densidad de los materiales cambia durante la cristalización, el TMA es una herramienta útil para determinar el comportamiento de cristalización de los polímeros. Una vez podemos utilizar el PET como ejemplo. Cuando el PET se calienta pasa por su transición vítrea (Tg) a unos 80 °C, se observa una expansión. A continuación, el polímero comienza a contraerse (110 °C), es el inicio de la cristalización. En los polímeros, la cristalización provoca una contracción del material y las cadenas del polímero se disponen en dominios cristalinos ordenados.

El análisis dinámico mecánico (ADM) es una importante técnica utilizada para medir las propiedades mecánicas y viscoelásticas de materiales como termoplásticos, termoestables, elastómeros, cerámicas y metales. El DMA mide el módulo en función del tiempo o la temperatura y proporciona información sobre las transiciones de fase.

Una vez más, podemos considerar el PET como sistema modelo. Puede observarse que a medida que cambia la temperatura también cambia el módulo. La cristalización del PET está indicada por un aumento del módulo a 110 °C, ya que las cadenas del polímero se disponen en una estructura cristalina más ordenada.

El Flash DSC revoluciona el DSC de barrido rápido. El instrumento puede analizar procesos de reorganización que antes eran imposibles de medir. Las velocidades de calentamiento y enfriamiento cubren ahora un rango de más de 7 décadas, lo que permite examinar la influencia de estas velocidades.

Las velocidades de calentamiento y enfriamiento ultraelevadas añaden una nueva dimensión al estudio de las transiciones físicas y los procesos químicos inducidos térmicamente, por ejemplo, la cristalización y reorganización de polímeros, metales y otros materiales.

El ejemplo anterior muestra el efecto de diferentes velocidades de calentamiento en la cristalización y reorganización del polipropileno. Las condiciones de procesamiento en tiempo real pueden imitarse con un Flash DSC.