Introdução
As poliamidas são polímeros semicristalinos caracterizados pela boa resistência mecânica, o que permite que sejam usadas em várias aplicações técnicas, como proteção de cabos no setor automotivo e robótica. O pó de poliamida também é um material popular para SLS (Selective Laser Sintering), um método de impressão 3D que permite a criação de objetos de qualquer formato.
Entretanto, as poliamidas também são muito sensíveis à água. As cadeias moleculares das poliamidas contêm grupos amídicos polares que atraem líquidos polares, como a água, de modo que esse polímero absorve a umidade presente no ambiente. As moléculas de água aumentam o volume livre nas lacunas da cadeia de poliamida, o que resulta no inchaço do polímero e no deslizamento mais fácil das cadeias moleculares sob carga mecânica. Isso leva à redução da transição vítrea e é chamado de efeito plastificante induzido pela água. [1, 2, 3]
Consequentemente, a absorção de água afeta drasticamente as propriedades mecânicas, térmicas e elétricas das poliamidas. Em particular, o aumento do teor de água leva a uma diminuição da rigidez e da resistência, enquanto a resistência aumenta. [3, 4, 5]
DSC investiga a influência da umidade na transição vítreaTransição vítrea da poliamida
A seguir, será investigada a influência da umidade na transição vítrea da poliamida 6 (PA6). Para isso, foram realizadas medições de DSC em amostras contendo diferentes níveis de teor de água entre 0% e 4,9%.
A Tabela 1 resume as condições de medição. A transição vítrea da PA6 geralmente se sobrepõe ao pico EndotérmicoUma transição de amostra ou uma reação é endotérmica se for necessário calor para a conversão.endotérmico devido à evaporação da água. Isso o predestina a realizar medições de DSC com temperatura modulada que separam os efeitos reversos (por exemplo, transição vítrea) dos efeitos não reversos (por exemplo, evaporação de voláteis, Cura (reações de reticulação)Traduzido literalmente, o termo "crosslinking" significa "rede cruzada". No contexto químico, ele é usado para reações nas quais as moléculas são unidas por meio da introdução de ligações covalentes e da formação de redes tridimensionais.cura) [6].
Tabela 1: Condições de medição
| Dispositivo | DSC 300 Caliris®, módulo H | |||
| Amostra | Seca (0-% de umidade) | 1.2 % de umidade | 3.3 % de umidade | 4.9-% de umidade |
| Massa da amostra | 9.92 mg | 10.04 mg | 10.26 mg | 10.44 mg |
| Cadinho | Concavus® (alumínio) com tampa perfurada | |||
| Faixa de temperatura | -60°C a 240°C | |||
| Taxa de aquecimento | 5 K/min | |||
| Período de aquecimento | 60 s | |||
| Amplitude | 0.8 K | |||
Temperatura de transição vítrea do PA6
A Figura 1 mostra o fluxo total de calor da amostra com 1,2% de umidade, o que corresponde a uma curva DSC convencional sem modulação. A etapa endotérmica a 38,8°C (ponto médio) indica a transição vítrea da poliamida 6. No entanto, essa avaliação não é precisa porque a transição vítrea está sobreposta a um pico EndotérmicoUma transição de amostra ou uma reação é endotérmica se for necessário calor para a conversão.endotérmico, muito provavelmente devido à liberação inicial de água contida na amostra e aos efeitos de RelaxamentoQuando uma tensão constante é aplicada a um composto de borracha, a força necessária para manter essa tensão não é constante, mas diminui com o tempo; esse comportamento é conhecido como relaxamento de tensão. O processo responsável pelo relaxamento da tensão pode ser físico ou químico e, em condições normais, ambos ocorrerão ao mesmo tempo. relaxamento. Antes da Temperaturas e entalpias de fusãoA entalpia de fusão de uma substância, também conhecida como calor latente, é uma medida da entrada de energia, normalmente calor, necessária para converter uma substância do estado sólido para o líquido. O ponto de fusão de uma substância é a temperatura na qual ela muda de estado, passando do sólido (cristalino) para o líquido (fusão isotrópica). fusão ocorrer a 224,2°C (temperatura de pico), a parte amorfa do PA6 se cristaliza parcialmente, o que explica o pico ExotérmicoUma transição de amostra ou uma reação é exotérmica se houver geração de calor.exotérmico a 193,3°C (temperatura de pico) na curva DSC.
A Figura 2 exibe o fluxo de calor total junto com o sinal DSC bruto obtido durante a medição com modulação de temperatura. O fluxo total de calor (linha contínua) é equivalente a uma medição DSC padrão, conforme descrito acima. O sinal bruto (linha tracejada) mostra como o material realmente responde à modulação de temperatura.
Na figura 3, o fluxo total de calor é separado em uma parte reversível e outra não reversível. Isso permite a separação da transição vítrea e do pico de evaporação. A transição vítrea é detectada na parte reversa do sinal DSC e o efeito de evaporação na parte não reversa.
Posteriormente, a transição vítrea é avaliada com precisão (ponto médio a 40,4 °C). O sinal não reversível, no entanto, destaca que o pico EndotérmicoUma transição de amostra ou uma reação é endotérmica se for necessário calor para a conversão.endotérmico é muito mais amplo do que o inicialmente presumido. Esse efeito devido ao RelaxamentoQuando uma tensão constante é aplicada a um composto de borracha, a força necessária para manter essa tensão não é constante, mas diminui com o tempo; esse comportamento é conhecido como relaxamento de tensão. O processo responsável pelo relaxamento da tensão pode ser físico ou químico e, em condições normais, ambos ocorrerão ao mesmo tempo. relaxamento e à evaporação está relacionado a uma entalpia de 21,2 J/g.
Influência da umidade na temperatura de transição vítrea do PA6
A Figura 4 mostra o sinal de reversão das diferentes amostras. Quanto maior o teor de umidade, menor a temperatura de transição vítrea. Há uma diferença de mais de 70°C entre a transição vítrea da amostra seca e a do PA6 com 4,9% de água.
Conclusão
Devido à sua natureza higroscópica, as poliamidas absorvem a umidade do ambiente. Isso, por sua vez, influencia as propriedades e, portanto, o processamento do material. Mesmo uma small quantidade de água no PA6 diminuirá drasticamente sua transição vítrea. Por esse motivo, o teor de umidade da amostra é um parâmetro essencial a ser verificado e controlado.
Uma maneira confiável e rápida de proceder é realizar medições de DSC com modulação de temperaturaO DSC com modulação de temperatura (TM-DSC) é usado para separar vários efeitos térmicos que ocorrem na mesma faixa de temperatura e se sobrepõem na curva de DSC.DSC com modulação de temperatura com o DSC 300 Caliris®.