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Temperatura de transicion vitrea - Tg


Unas de las propiedades más importantes y características que definen a un polímero (y por ende a un adhesivo) es su temperatura de transición vítrea, el valor de la temperatura de transición vítrea está directamente relacionado con las propiedades mecánicas (resistencia, dureza, fragilidad, elongación…) que el polímero (adhesivo) presenta a la temperatura que se encuentra expuesta, ¿nunca has observado porque ciertos plásticos en invierno se vuelven duros y quebradizos?, la explicación se encuentra en su temperatura de transición vítrea.

La temperatura de transición vítrea (Tg) se define como la temperatura a la cual las propiedades mecánicas de un plástico / adhesivo cambian radicalmente debido a los movimientos internos de las cadenas poliméricas que componen al plástico / adhesivo.

En la primera parte de la definición, identificamos a la Tg como la temperatura a la cual las propiedades mecánicas del adhesivo cambian radicalmente, por lo que la temperatura de transición vítrea nos define indirectamente el rango de temperaturas en el cual puede trabajar o estar expuesto el adhesivo/plástico, por ello la Tg también es conocida como la temperatura de trabajo y el conocimiento de su valor es de vital importancia en la fase de diseño.

En la segunda parte de la definición, identificamos la causa de la Tg por la facilidad o restricción de los movimientos de las cadenas poliméricas que ocurren dentro del plástico/adhesivo. Cuando el adhesivo o plástico se encuentra expuesto a unas temperaturas inferiores a su Tg, el movimiento de las cadenas poliméricas disminuye haciendo que el material adquiera un comportamiento rígido y quebradizo, a temperaturas superiores a su Tg el movimiento de las cadenas poliméricas aumenta haciendo que el material adquiera un comportamiento elástico.

En función de los requerimientos a cumplir podemos utilizar un adhesivo u otro haciéndolo trabajar a una Tg superior o inferior, por ejemplo los adhesivos de poliuretano de 1 componente de curado por humedad disponen de una Tg de -45ºC, por ello en condiciones ambientales normales se comportan como un elastómero, es decir adquieren un comportamiento elástico y por ello este tipo de adhesivo se utiliza para la realización de uniones elásticas, si este mismo adhesivo se ubica en la Antártida a una temperatura de -60 ºC automáticamente pasaría a su estado vítreo donde el adhesivo se volvería rígido y quebradizo como el cristal, aumentado su resistencia a esfuerzos pero disminuyendo su elasticidad de manera brusca. Por otro lado nos encontramos con los adhesivos rígidos como los Epoxi, donde su Tg es aproximadamente de 100ºC, por ello en condiciones normales siempre trabajan en su estado vítreo dando lugar a sus propiedades de poca elongación y alta resistencia frente a esfuerzos.

Durante la formulación y diseño del adhesivo existen compuestos químicos capaces de disminuir la temperatura de transición vítrea, estos compuesto son conocidos como plastificantes y tienen por objetivo separar las cadenas poliméricas que conforma el adhesivo con objeto de aumentar el volumen y por ende facilitar el movimiento entre ellas, de tal forma que a mayor movimiento menor temperatura de transición vítrea y mayor comportamiento elástico tendrá el adhesivo resultante.

Métodos y técnicas para la identificación de la Tg.

Tal y como hemos comentado anteriormente, el conocimiento de la Tg de un adhesivo es un dato vital y necesario durante la fase de diseño de una unión adhesiva, imaginemos que hemos diseñado una unión elástica con un adhesivo cuya Tg es 5 ºC , si dicha unión se encuentra a -3ºC el propio adhesivo se volverá rígido y duro llegándose a producir la rotura frente a los esfuerzos a los cuales ha sido diseñado inicialmente.

Generalmente la temperatura de transición vítrea es un dato aportado por el fabricante del adhesivo y se puede encontrar en las fichas técnicas del producto, para conocer dicho valor el fabricante o usuario utiliza alguna de las siguientes técnicas de análisis térmico:

En cada una de las técnicas anteriores se somete una muestra del adhesivo a un ensayo en el cual se mide la cantidad de calor, la variación dimensional o la deformación que sufre la pieza en función de la temperatura, es decir la recolecta de datos se realiza cuando existe un cambio en la temperatura a la cual se somete la muestra, de tal forma que somos capaces de representar las propiedades mecánicas del adhesivo en función de la temperatura en el cual se encuentre y por ende somos capaces de identificar su temperatura de transición vítrea.

Por último es necesario indicar que la Tg es aplicable en los adhesivos / polímeros termoplásticos y elastómeros, siendo inapreciable en los termoestables donde los movimientos de sus cadenas poliméricas quedan muy restringidos por su propia configuración altamente reticulada, es por ello que los adhesivos termoestables siempre se comportan como materiales rígidos y duros, es decir siempre se comportan como materiales vítreos.



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