Transizione vetrosa

Temperatura di transizione vetrosa e di fusione

Come noto, un polimero allo stato solido può essere amorfo o semicristallino. Nel primo caso esso è caratterizzato da una disposizione spaziale pressocchè casuale e disordinata delle catene ed al variare della temperatura subisce una transizione chiamata transizione vetrosa, nota come temperatura di transizione vetrosa, Tg. Macroscopicamente tale transizione si manifesta attraverso cambiamenti di molte proprietà fisiche; tra queste la più importante dal punto di vista tecnologico è il passaggio da un solido relativamente fragile e rigido, sotto la Tg, ad una visco-elasticoal di sopra di Tg. A livello molecolare la transizione vetrosa è associata a moti cooperativi che coinvolgono lunghi segmenti di catena: si tratta specificamente di moti conformazionali che si generano per rotazione delle catene attorno ai legami singoli che connettono gli atomi. Occorre precisare che anche nei polimeri semicristallini è possibile osservare la transizione vetrosa, la quale ovviamente rimane legata alla componente amorfa. In questi polimeri tuttavia i cristalliti si comportano come vincoli fisici nei confronti dei segmenti amorfi, provocando uno spostamento della transizione vetrosa ad una temperatura più elevata rispetto a quella dello stesso polimero completamente amorfo. Quando il polimero viene raffreddato al di sotto della Tg, diventa rigido e fragile, mentre al di sopra della Tg sono possibili rotazioni di segmenti di catena. Le molecole d’acqua si comportano da plastificante e si posizionandosi tra le catene polimeriche distanziandole una dall’altra, abbassando la Tg del polimero. Questo processo viene detto aumento del volume libero. Le catene, in questo modo, possono scivolare una vicino all’altra piu facilmente e quando questo avviene scivolano, muoversi liberamente a temperature inferiori rispetto alla Tg fungendo da plastificante PA6. In questo modo la Tg del polimero si abbassa, rendendo più flessibile il polimero e causando una diminuzione del modulo di elasticita, della durezza e resistenza meccanica.
Un elevato valore di Tg è sintomo di stabilità dimensionale come pure di una notevole resistenza alla frattura sotto carico, determina inoltre il valore massimo limite della temperatura di uso del materiale per il mantenimento delle proprietà.