[EXPLICANDO A MATÉRIA] Análises de DSC e DRX para Polímeros

No Explicando A Matéria de hoje, continuaremos a falar sobre os polímeros, desta vez traremos conceitos relacionados a cristalização e duas diferentes técnicas de caracterização que permitem determinar o grau de cristalinidade do material.
Os materiais poliméricos podem apresentar cristalinidade, porém, diferentemente dos metais e das cerâmicas, esse estado envolve moléculas e não apenas átomos ou íons, como já vimos anteriormente. A cristalinidade dos polímeros está relacionada com a compactação das cadeias moleculares, formando um arranjo atômico ordenado, que também pode ser especificado em células unitárias.
Por conta do tamanho e da complexidade dos materiais poliméricos, estes normalmente se apresentam como semicristalinos, ou seja, são regiões cristalinas dispersas na matriz amorfa. Assim, o grau de cristalinidade do material pode variar desde completamente amorfo, até quase totalmente cristalino, pois depende de fatores como a taxa de resfriamento durante a solidificação, estrutura química e a configuração da cadeia polimérica.
A cristalinidade é importante pois pode influenciar nas propriedades físicas da peça, em geral, polímeros cristalinos apresentam maior resistência mecânica e são mais resistentes à dissolução e ao amolecimento pelo calor. Por conta disso, frequentemente, é desejável conhecer o nível de cristalização do material e, para simplificar o processo, assume-se que existem apenas duas fases bem definidas - a cristalina e a amorfa, com contornos bem definidos.
Uma das maneiras de se obter o índice de cristalinidade é a Calorimetria Exploratória Diferencial (DSC), uma técnica que mede o fluxo de energia em relação às transições que ocorrem em função da temperatura. O material é submetido a um aquecimento e/ou resfriamento controlado, junto com um material de referência, registrando a diferença de fluxo de calor entre a amostra e a referência. Esse ensaio permite determinar as temperaturas de transição vítrea (Tg), de fusão cristalina (Tm) e de cristalização (Tc), além da entalpia de fusão, calor específico, cinética de cristalização, entre outros. O grau de cristalinidade é obtido através da entalpia de fusão sobre a entalpia de fusão de uma amostra 100% cristalina.
Outro ensaio que permite obter o índice de cristalinidade do material é a Difração de Raios-X (DRX), como já vimos em outro Explicando A Matéria, trata-se uma técnica não destrutiva, na qual o material analisado absorve parte do feixe de raio-x e reflete outra, produzindo um padrão de difração de acordo com o ângulo de espalhamento. Para determinar o grau de cristalinidade, o difratograma obtido é dividido em duas áreas, sendo uma relativa à fase amorfa e a outra a cristalina. O difratograma obtido na análise do polímero, é composto por picos cristalinos e um halo, proveniente da fração amorfa; assim, após realizar a decomposição do difratograma, é possível determinar a cristalinidade através do método de Ruland, que utiliza a integração dos picos de difração (Ic), integração do halo amorfo (Ia) e a constante de proporcionalidade (K).

Fonte:
CALLISTER, W. D., Ciência e Engenharia de Materiais: Uma. Introdução. John Wiley & Sons, Inc., 2002
CANEVAROLO JR, S. V. Ciência dos Polímeros – Um texto básico para tecnólogos e engenheiros. 2ª edição., São Paulo: Artliber, 2002.
CANEVAROLO JR, S. V. Técnicas de Caracterização de Polímeros. 2ª edição., São Paulo: Artliber, 2007.