*Todas as informações desta postagem foram coletadas das fontes listadas abaixo. Por favor, use-os para leituras adicionais sobre o assunto.
As propriedades físicas de uma amostra polimérica, como densidade, ductilidade e resistência ao escoamento, são altamente dependentes da quantidade de material cristalino (frequentemente chamado de porcentagem de cristalinidade) na amostra. Existem dois métodos principais pelos quais podemos determinar a porcentagem de cristalinidade de uma amostra no MCL: medições de densidade e calorimetria diferencial de varredura (DSC). Ambos os métodos comparam a amostra desconhecida com uma amostra totalmente cristalina ou amorfa do mesmo polímero e exigem que o usuário tenha alguns dados de referência. Além disso, o DSC é uma técnica destrutiva, o que significa que a amostra fornecida não deve ser necessária para testes adicionais.
O método mais comum para determinar a percentagem de cristalinidade de uma amostra envolve a comparação da densidade da amostra com as densidades totalmente cristalinas e totalmente amorfas. O MCL possui uma ferramenta de Medição de Densidade de Arquimedes que pode ser usada em conjunto com uma escala regular para determinar a densidade de uma amostra. A figura abaixo mostra a configuração adequada do acessório.
Para medir a densidade com este aparelho, primeiro coloque a amostra no cesto superior e registre o valor. Enquanto a amostra ainda estiver no cesto superior, tare a balança e depois mova a amostra para o cesto inferior de modo que fique totalmente submersa em água e registre esse valor. Por fim, use um termômetro para determinar a temperatura da água e encontrar um valor preciso para sua densidade. Para calcular a densidade da sua amostra, pegue o primeiro valor (massa seca), divida pelo segundo valor (flutuabilidade) e multiplique o resultado pela densidade da água. É importante observar que este processo não funciona se a sua amostra flutuar ou se dissolver em água. Nesse caso, um líquido diferente poderia ser usado. Depois que a densidade da sua amostra for determinada, use a equação abaixo para encontrar a cristalinidade da fração em peso da sua amostra.
- χ é a fração em peso do material cristalino em sua amostra
- ρ é a densidade total da sua amostra
- ρa é a densidade do polímero totalmente amorfo
- ρc é a densidade do polímero totalmente cristalino
Também é possível determinar a percentagem de cristalinidade de um polímero utilizando medições DSC. Neste caso, você precisará conhecer as capacidades térmicas específicas de amostras puramente cristalinas e puramente amorfas do polímero para completar os cálculos. Também é útil saber aproximadamente qual será a temperatura de fusão da sua amostra. Para encontrar a porcentagem de cristalinidade, execute uma varredura DSC da amostra desde a temperatura ambiente até uma temperatura acima do ponto de fusão. O resultado desta varredura será uma curva com algumas saliências ou picos. Existem três dados principais desta curva. O primeiro (ΔH12) será a integral em toda a faixa de temperatura, desde a temperatura inicial até a final. O segundo (ΔHf,m) será a entalpia de fusão no ponto de fusão, determinada pela área sob o pico de fusão. A terceira (Tm) será a temperatura do ponto de fusão, geralmente relatada como o início do pico de fusão.
Junto com esses três dados, você também precisará realizar alguns cálculos. Primeiro, encontre ΔH21 usando a capacidade térmica específica da amostra amorfa.
A seguir, encontre a entalpia de fusão à temperatura ambiente usando a entalpia de fusão no ponto de fusão, a diferença entre as capacidades de calor específico amorfa e cristalina e a temperatura de fusão.
Uma vez calculados esses valores, eles podem ser inseridos em uma equação final para determinar a porcentagem de cristalinidade em peso à temperatura ambiente.