O que significa temperatura de transição vítrea (Tg)?
Uma temperatura de transição vítrea (Tg) é a temperatura na qual um polímero passa de um material dúctil para um material duro e quebradiço. É a temperatura na qual as cadeias de carbono começam a se mover. Nesta fase, a região amorfa experimenta uma transição de um estado rígido para um estado flexível com a temperatura na fronteira do estado sólido mudando-o para um estado mais viscoelástico (emborrachado). A esta temperatura, o volume livre, ou o intervalo entre as cadeias moleculares, aumenta 2,5 vezes.
As propriedades viscoelásticas de um polímero semicristalino permitem flexibilidade como é o caso dos materiais de embalagem.
A temperatura de transição vítrea é uma propriedade da porção amorfa de um material semicristalino. No ponto onde a temperatura ambiente está abaixo Tg, as moléculas de materiais amorfos permanecem congeladas no lugar e se comportam como vidro sólido. Materiais plásticos têm menor Tgembora os materiais plásticos cuja estrutura molecular é dura e rígida apresentem maior Tg.
Cada polímero com uma estrutura amorfa tem sua própria temperatura de transição vítrea, que é um fator útil para determinar se um determinado material é mais adequado para aplicações flexíveis ou rígidas.
Figura 1. Gráfico da temperatura de transição vítrea representando a temperatura e a rigidez de um material.
Industriapedia explica a temperatura de transição vítrea (Tg)
A temperatura na qual um material polimérico amorfo se transforma em um líquido viscoso ou em forma de borracha quando aquecido é conhecida como temperatura de transição vítrea (Tg). Também pode ser definido como uma temperatura na qual um polímero amorfo desenvolve as propriedades características do estado vítreo, como fragilidade, rigidez e rigidez após o resfriamento. Esta temperatura pode ser usada para identificar polímeros.
Além disso, no Tg, a mobilidade da cadeia principal muda. Em temperaturas mais baixas, ainda há movimento molecular, mas a cadeia principal está congelada no lugar. A Tg de um determinado plástico pode ser alterada pela incorporação de um plastificante, como é o caso do PVC.
O valor de Tg depende fortemente da mobilidade da cadeia polimérica, e para a maioria dos polímeros sintéticos situa-se entre 170°K e 500°K (-103°C e 227°C).
Os polímeros cristalinos puros não têm uma temperatura de transição vítrea porque a temperatura de transição vítrea só é aplicável a polímeros amorfos. Os polímeros amorfos puros não têm temperatura de fusão; eles têm apenas uma temperatura de transição vítrea. No entanto, muitos polímeros são compostos de estruturas amorfas e cristalinas. Isso significa que muitos polímeros têm uma temperatura de transição vítrea e uma temperatura de fusão. A temperatura de transição vítrea é inferior à temperatura de fusão.
Aplicações práticas da temperatura de transição vítrea (Tg)
As diferentes temperaturas de transição vítrea de diferentes polímeros tornam vários polímeros mais adequados para algumas aplicações do que outros. Por exemplo, um pneu de borracha para um automóvel é macio e dúctil porque em temperaturas normais de operação está bem acima de sua temperatura de transição vítrea. Se sua temperatura de transição vítrea fosse maior que sua temperatura de operação, ele não teria a flexibilidade necessária para aderir ao pavimento.
Outros polímeros são projetados para operar abaixo de sua temperatura de transição vítrea. Um exemplo disso é um cabo de plástico rígido em uma ferramenta. Se o cabo de plástico tivesse uma temperatura de transição vítrea abaixo de sua temperatura operacional, seria muito flexível para permitir que alguém o agarrasse e efetivamente usasse a ferramenta.
Fatores que afetam a temperatura de transição vítrea
Fatores externos, como umidade ou nível de umidade, também podem afetar Tg. Como a umidade tende a se difundir lentamente através de um material, ela pode atuar como um plastificante e fazer com que o material atinja um teor de umidade de equilíbrio com base na umidade relativa da exposição. Isso resulta em um T mais baixog. Os materiais usados em um ambiente de escritório absorvem apenas quantidades moderadas de umidade durante sua vida útil, em comparação com os materiais mantidos ao ar livre em um ambiente úmido. Por causa disso, uma temperatura de secagem mais baixa (bem abaixo da temperatura de cura) ou controlar a exposição à umidade pode ser apropriado.
Como é realizado o teste de temperatura de transição vítrea
A maneira clássica de medir a temperatura de transição vítrea é realizar uma série de testes mecânicos na faixa de temperatura esperada. Embora existam várias opções para o tipo de teste, os testes de resistência à flexão ou resistência ao cisalhamento são os padrões. Os resultados são relatados como um gráfico de módulo de flexão ou módulo de cisalhamento em relação à temperatura. o Tg é indicado onde há uma queda significativa na resistência do material.
Os métodos térmicos mais comuns para determinar a temperatura de transição são calorimetria exploratória diferencial (DSC), análise mecânica dinâmica (DMA) e análise termomecânica (TMA).
Uma aplicação prática para a temperatura de transição vítrea
Revestimentos epóxi são amplamente utilizados para proteção de dutos nas indústrias de petróleo e gás. Uma consideração importante é escolher a melhor formulação de epóxi que forneça eficiência e proteção contra corrosão sustentável, especialmente em condições de temperatura mais alta. O desempenho do revestimento depende dos valores de Tg plastificado.