Introducción
Las poliamidas son polímeros semicristalinos que se caracterizan por una buena resistencia mecánica, lo que permite utilizarlos para diversas aplicaciones técnicas, como la protección de cables en la industria del automóvil y la robótica. El polvo de poliamida también es un material popular para el SLS (Sinterizado Selectivo por Láser), un método de impresión 3D que permite crear objetos de cualquier forma.
Sin embargo, las poliamidas también son muy sensibles al agua. Las cadenas moleculares de las poliamidas contienen grupos amidos polares que atraen líquidos polares como el agua, de modo que este polímero absorbe la humedad presente en el ambiente. Las moléculas de agua aumentan el volumen libre en los huecos de las cadenas de poliamida, lo que provoca el hinchamiento del polímero y facilita el deslizamiento de las cadenas moleculares ante una carga mecánica. Esto conduce a la reducción de la transición vítrea y se denomina efecto plastificante inducido por el agua. [1, 2, 3]
En consecuencia, la absorción de agua afecta drásticamente a las propiedades mecánicas, térmicas y eléctricas de las poliamidas. En particular, el aumento del contenido de agua provoca una disminución de la rigidez y la resistencia, mientras que la tenacidad aumenta. [3, 4, 5]
El DSC investiga la influencia de la humedad en la transición vítreaDe la poliamida
A continuación se investiga la influencia de la humedad en la transición vítrea de la poliamida 6 (PA6). Para ello, se realizaron mediciones DSC en muestras que contenían diferentes niveles de contenido de agua entre el 0% y el 4,9%.
En la Tabla 1 se resumen las condiciones de medición. La transición vítrea de la PA6 suele solaparse con el pico EndotérmicoA sample transition or a reaction is endothermic if heat is needed for the conversion.endotérmico debido a la evaporación del agua. Esto lo predestina a realizar medidas de DSC moduladas por temperatura que separan los efectos reversibles (por ejemplo, transición vítrea) de los no reversibles (por ejemplo, evaporación de volátiles, curado) [6].
Tabla 1: Condiciones de medición
| Dispositivo | DSC 300 Caliris®, Módulo H | |||
| Muestra | Seco (0-% humedad) | 1.2 % de humedad | 3.3 % de humedad | 4.9 % de humedad |
| Masa de la muestra | 9.92 mg | 10.04 mg | 10.26 mg | 10.44 mg |
| Crisol | Concavus® (aluminio) con tapa perforada | |||
| Rango de temperatura | -60°C a 240°C | |||
| Velocidad de calentamiento | 5 K/min | |||
| Periodo | 60 s | |||
| Amplitud | 0.8 K | |||
Temperatura de transición vítrea de la PA6
La figura 1 representa el flujo térmico total de la muestra con un 1,2% de humedad, lo que corresponde a una curva DSC convencional sin modulación. El paso EndotérmicoA sample transition or a reaction is endothermic if heat is needed for the conversion.endotérmico a 38,8°C (punto medio) indica la transición vítrea de la poliamida 6. Sin embargo, esta evaluación no es exacta porque la transición vítrea se solapa con un pico endotérmico, muy probablemente debido a la liberación de agua inicial contenida en la muestra y a efectos de RelajaciónCuando se aplica una tensión constante a un compuesto de caucho, la fuerza necesaria para mantener esa tensión no es constante, sino que disminuye con el tiempo; este comportamiento se conoce como relajación de tensiones. El proceso responsable de la relajación de tensiones puede ser físico o químico y, en condiciones normales, ambos ocurrirán al mismo tiempo. relajación. Antes de que se produzca la fusión a 224,2°C (temperatura de pico), la parte amorfa de la PA6 cristaliza parcialmente, lo que explica el pico ExotérmicoA sample transition or a reaction is exothermic if heat is generated.exotérmico a 193,3°C (temperatura de pico) en la curva DSC.
La figura 2 muestra el flujo de calor total junto con la señal DSC sin procesar obtenida durante la medición de temperatura modulada. El flujo de calor total (línea continua) equivale a una medición DSC estándar, como se ha descrito anteriormente. La señal bruta (línea discontinua) muestra cómo responde realmente el material a la modulación de la temperatura.
En la figura 3, el flujo de calor total se separa en una parte reversible y otra no reversible. Esto permite separar la transición vítrea y el pico de evaporación. La transición vítrea se detecta en la parte inversa de la señal DSC y el efecto de evaporación en la parte no inversa.
Posteriormente, la transición vítrea se evalúa con precisión (punto medio a 40,4°C). Sin embargo, la señal no inversa pone de manifiesto que el pico endotérmico es mucho más amplio de lo que se suponía inicialmente. Este efecto debido a la RelajaciónCuando se aplica una tensión constante a un compuesto de caucho, la fuerza necesaria para mantener esa tensión no es constante, sino que disminuye con el tiempo; este comportamiento se conoce como relajación de tensiones. El proceso responsable de la relajación de tensiones puede ser físico o químico y, en condiciones normales, ambos ocurrirán al mismo tiempo. relajación y la evaporación se relaciona con una entalpía de 21,2 J/g.
Influencia de la humedad en la temperatura de transición vítrea de la PA6
La figura 4 muestra la señal de inversión de las distintas muestras. Cuanto mayor es el contenido de humedad, menor es la temperatura de transición vítrea. Hay más de 70 °C de diferencia entre la transición vítrea de la muestra seca y la PA6 que contiene un 4,9% de agua.
Conclusión
Debido a su naturaleza higroscópica, las poliamidas absorben la humedad de su entorno. Esto, a su vez, influye en las propiedades y, por tanto, en el procesamiento del material. Incluso una cantidad de agua de small en PA6 disminuirá drásticamente su transición vítrea. Por esta razón, el contenido de humedad de la muestra es un parámetro esencial que hay que comprobar y controlar.
Una forma fiable y rápida de proceder es realizar mediciones DSC de temperatura modulada con el DSC 300 Caliris®.