TG
Solo la Tg esta presente en los polímeros amorfos.
Un polímero amorfo es
un polímero que debido a
la falta de regularidad en su estructura, tacticidad, o por la falta de conformación helicoidal
no puede formar cristales, que requieren de un orden en las cadenas del
polímero. Muchos polímeros son amorfos; por ejemplo, el poliestireno atáctico.
La palabra amorfo viene del griego “morfe”
que quiere decir “forma” y con el prefijo “a”
significa “sin forma”, debido a que las cadenas no tienen un arreglo espacial
constante sino que forman cuerdas aleatorias.
En general, estos polímeros presentan como única transición la temperatura
de transición vítrea, ya que no existe realmente una fusión de cristales. Se
considera que el estado sólido de estos materiales corresponde
únicamente al de un líquido
subenfriado. Las ventajas de algunos polímeros amorfos sobre algunos
semicristalinos es la transparencia natural inherente al polímero. Sin
embargo, plásticos altamente cristalinos, como el PET, pueden presentar
alta transparencia si son procesados adecuadamente. Los polímeros amorfos son
también llamados vítreos, puesto que el vidrio tampoco forma cristales y es
también un líquido subenfriado. Generalmente la entropía de un polímero amorfo es mayor que la
de uno similar cristalino, su densidad es mayor.
Tg
La temperatura de transición vítrea (Tg)
se define como la temperatura a la cual las propiedades mecánicas de un
plástico amorfo cambian radicalmente debido a los movimientos internos de las
cadenas poliméricas que componen.
Esto quiere decir que, termodinámicamente hablando, no es
propiamente una transición.
La Tg se puede entender de forma bastante simple
cuando se entiende que en esa temperatura el polímero aumenta su densidad, dureza y rigidez,
además su porcentaje de elongación disminuye de forma drástica. Además se puede
entender como la temperatura en el cual un polímero cambia de un estado rígido
y quebradizo a otro blando y maleable, está presente sólo en polímeros amorfos
y es diferente para cada polímero.
Se entiende que es un punto intermedio de temperatura
entre el estado fundido y el estado rígido del material. El estudio de Tg es
más complejo en el caso de polímeros que en de cualquier otro material de
moléculas pequeñas.
Por encima de la Tg los enlaces secundarios de las
moléculas son mucho más débiles que el movimiento térmico de las mismas, por
ello el polímero se torna gomoso y adquiere cierta elasticidad y capacidad de
deformación plástica sin fractura. Este comportamiento es específico de
polímeros termoplásticos y no ocurre en
polímeros termoestables.
Un polímero amorfo a temperaturas altas
está en forma de un líquido viscoso, y al enfriarlo, se vuelve cada vez más
elástico hasta que llega a la temperatura de transición vítrea, Tg,
se convierte en un sólido duro, rígido y frágil. Lo que sucede es que, conforme
disminuye la temperatura, el polímero se contrae porque las cadenas se mueven
menos y se atraen más. Dado que va disminuyendo el volumen libre, es decir, los
espacios entre las moléculas, los segmentos de las cadenas tienen cada vez
menos lugar para girar, hasta que al llegar a Tg, dejan de hacerlo,
el material se pone rígido y en esas condiciones se vuelve vítreo,
es decir frágil, porque como sus cadenas aunque todavía vibran ya no pueden
girar para cambiar su posición, y no tienen manera de amortiguar los impactos.
A esta restricción del movimiento molecular también contribuye por supuesto, la
falta de suficiente energía debida a las bajas temperaturas. Evidentemente, el
estado vítreo lo alcanzan diferentes polímeros a diferentes temperaturas. Por
ejemplo, los silicones, el polietileno y el hule natural tienen temperaturas de
transición vítrea de -123, -120 y -73 °C respectivamente. En cambio, polímeros con
grupos grandes o grupos muy polares o polarizables, tienen de por sí tan baja
movilidad que son vítreos a temperatura ambiente y para reblandecerlos se
requiere de altas temperaturas.
Abajo de Tg, el material es
un sólido vítreo de gran rigidez, que se manifiesta por altos módulos que
generalmente alcanzan los 106 psi. la única deformación posible
se debe al estiramiento y doblamiento de los enlaces covalentes que unen a los
átomos en la cadena, y al estiramiento de los enlaces intermoleculares. Esta
deformación no es permanente ni puede ser muy pronunciada. A temperaturas
superiores a Tg, la deformación es más extensa y más dependiente del
tiempo, porque las moléculas ya tienen mayor libertad y cambian continuamente
su forma y hasta cierto punto su posición. La aplicación del esfuerza tiende a
orientar a las moléculas en favor de configuraciones que tiendan a hacer
trabajo. Por ejemplo, un esfuerzo de tensión extiende a las moléculas y las
orienta en la dirección del esfuerzo aplicado porque así se produce una
elongación de la muestra. Si la temperatura es mayor, pero muy cercana a Tg,
la deformación es prácticamente reversible y se debe al reordenamiento de
segmentos cortos de las cadenas.
Fuente:
http://www.ehu.es/reviberpol/pdf/publicados/fidel.pdf
No hay comentarios:
Publicar un comentario