| Título da Dissertação: | Lente térmica diferencial: um novo método para a análise da transição vítrea de polímeros |
| Nome do Aluno: | Jurandir Hillmann Rohling |
| Banca Examinadora: | Mauro Luciano Baesso (orientador) Luiz Antonio de Oliveira Nunes - IFUSP/São Carlos Luiz Carlos Moura Miranda - UEM |
| Data da Defesa: | 25/03/2001 |
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| Resumo: | Os polímeros são compostos carbônicos que apresentam, assim como os vidros, as propriedades necessárias para serem utilizados como materiais ópticos. Quando possuem propriedades físicas semelhantes às dos vidros, a utilização dos polímeros é vantajosa, principalmente porque a tecnologia para sua fabricação é de baixo custo. Portanto, devido à sua importância comercial e industrial é cada vez maior a necessidade de se encontrar novos métodos de investigação que permitam melhorar a qualidade dos polímeros desenvolvidos. A partir da investigação da transição vítrea destes materiais, pode-se obter informações importantes sobre sua estrutura e consequentemente sobre as propriedades físicas e químicas destes sistemas. A técnica normalmente utilizada para a análise das propriedades térmicas é a Calorímetria de Varredura Diferencial (DSC). Trata-se de um método comparativo em que é necessário controlar a potência térmica fornecida à amostra tendo como referência um material padrão. Os resultados são qualitativos e a resolução em temperatura dependerá diretamente do sistema de controle de temperatura, uma vez que para as medidas é necessária a obtenção do equilíbrio térmico do sistema amostra-suporte. O efeito de lente térmica é induzido em um meio homogêneo quando um laser incidente sobre este meio tem parte de sua energia absorvida convertida em calor. Este efeito foi descoberto em 1964 e deu origem à técnica denominada de Espectroscopia de Lente Térmica. Desde sua descoberta, devido à sua alta sensibilidade, este método tem sido largamente empregado no estudo das propriedades ópticas e térmicas de sólidos, líquidos e gases extremamente transparentes. Entretanto, somente nos últimos dois anos é que o caráter remoto deste método vem sendo explorado para estudos quantitativos das propriedades ópticas e térmicas de materiias em função da temperatura. O objetivo deste trabalho é introduzir a espectroscopia de lente térmica como um novo método para investigar a transição vítrea de materiais poliméricos. A partir das medidas de lente térmica foram determinados os valores da difusividade térmica e do parâmetro (TETA), que descreve a amplitude do sinal de lente térmica, em função da temperatura das amostras estudadas. Além disso, combinando-se os dados obtidos a partir da lente térmica com medidas complementares através do método de relaxação térmica, o trabalho apresenta ainda a dependência com a temperatura dos valores do calor específico e da condutividade térmica das amostras investigadas. Para validar a técnica para ser utilizada na análise da transição vítrea, e avaliar a sensibilidade do método os resultados foram comparados com os obtidos através da calorimetria de varredura diferencial. Foram utilizadas no estudo, amostras de poli(cloreto de vinila)(PVC) e de policarbonato (PCA), dois polímeros comerciais. Os experimentos de lente térmica foram realizados através da configuração descasada utilizando-se um laser de argônio em 514,5 nm como feixe de excitação e um laser de He-Ne em 632,8 nm como laser de prova. As amostras foram posicionadas em um sistema de aquecimento no qual as temperaturas eram variadas no intervalo de interesse para cada amostra. Para as amostras de PVC, as medidas foram realizadas no intervalo de temperatura entre a temperatura ambiente até 67 °C, passando pela transição vítrea deste polímero que é em torno de 62 °C. Para o policarbonato os experimentos foram realizados a partir da temperatura ambiente até 190 °C. A transição vítrea deste polímero é em torno de 150 °C. Para as amostras de PVC os resultados obtidos forneceram os valores da difusividade térmica, do calor específico, da condutividade térmica e da amplitude do sinal de lente térmica em função da temperatura, inclusive para a região de temperatura em que a transição vítrea ocorre. Os resultados mostraram que todos os parâmetros determinados variaram significativamente na região de temperatura em que a transição vítrea das amostras ocorre. O comportamento dos parâmetros determinados em função da temperatura foi analisado considerando-se a teoria de Debye para materiais amorfos. Analisando-se a derivada do parâmetro (TETA) (que descreve a amplitude do sinal de lente térmica) em relação à temperatura, verificou-se que a mesma pode ser empregada para demonstrar a localização das temperaturas em que a transição vítrea ocorre. Para o policarbonato, os resultados de lente térmica mostraram a existência de duas transições vítreas, uma proveniente do policarbonato puro e a outra atribuída à presença de acrilonitrilo-butadieno-estireno, misturado na amostra para melhorar sua resistência contra choques mecânicos. Os resultados também mostraram que a derivada do parâmetro (TETA) em relação à temperatura pode ser utilizada para demonstrar a localização das temperaturas em que a transição vítrea ocorre, assim como o que foi observado para as amostras de PVC. Comparando-se os resultados obtidos com a lente térmica com as medidas de calorimetria de varredura diferencial, verificamos que a LT é um método mais preciso para localizar a transição vítrea de polímeros. Os resultados deste trabalho indicam, portanto, que esta técnica, por nós denominada Lente Térmica Diferencial(LTD), pode ser um novo método para a análise da transição vítrea de outros polímeros. |