Aula 01 -Análise Térmica

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MÉTODOS TERMOANALÍTICOS: 
APLICAÇÕES A ANÁLISE DE 
POLÍMEROS
TGA DSC DMA
MMD00013 – Análise Instrumental
PPGEM - UFRGS
1. INTRODUÇÃO
1.1 Análise Térmica :
Termo geral utilizado para descrever um
grupo de técnicas experimentais analíticas que
investigam o comportamento de uma substância
em função da temperatura, nas quais uma
propriedade física é medida, enquanto a amostra
é submetida a um programa de temperatura
controlada.
1. INTRODUÇÃO
1.2 Análise Térmica:
Materiais Inorgânicos, Polímeros, Metais e Ligas, 
outros materiais Orgânicos
2. TGA - Análise Termogravimétrica
3. DSC - Calorimetria Diferencial de Varredura
4. DMA - Análise Dinâmica Mecânica
DMTA - Análise Termodinâmico-mecânica
Técnica dinâmica na qual a variação 
de massa de uma amostra é medida 
continuamente, enquanto a 
temperatura é aumentada a uma 
taxa constante.
2. TGA – Análise Termogravimétrica
2. TGA
2.1 Aplicações:
Variação de massa (ganho ou perda) de uma 
reação (corrosão),
Estudo da degradação térmica de polímeros ou 
materiais inorgânicos,
Determinação quantitativa da composição de 
polímeros (umidade, voláteis, cargas, cinzas, etc),
Determinação das velocidades de evaporação e 
sublimação
2. TGA
Figura 1: Esquema do aparelho de TGA
2. TGA
Figura 2: Esquema do aparelho de TGA
2. TGA
2.2 Equipamento:
Clip 1: Aparelho de TGA
2. TGA
2.3 Características:
Faixa de temperatura: 25 a 1700°C (usual: 1000°C)
Velocidade de aquecimento: 0.3 até 320°C/min
Massa da amostra: 1mg até 5g
Sensibilidade da termobalança: 0,1g
Gás de purga: inerte N2, argônio; oxidante O2, H2. 
HCl 
Pode ser usado vácuo
2. TGA
Figura 2: Análise Termogravimétrica do Oxalato de Cálcio monohidratado
184.42°C
505.28°C
747.58°C
12.29% 
(2.165mg)
18.68% 
(3.289mg)
30.08% 
(5.297mg)
Residue:
38.98% 
(6.863mg)
-0.2
0.0
0.2
0.4
0.6
[ ∙
 ∙ 
∙ ∙
 ] 
D
er
iv
. W
ei
gh
t (
%
/°
C
)
20
40
60
80
100
W
ei
gh
t (
%
)
0 200 400 600 800 1000
Temperature (°C)
Sample: Calcium Oxalate Monohydrate
Size: 17.6070 mg
Method: RT-->1000°C @ 20°C/min
Comment: N2 Purge=100mL/min
TGA
File: C:\TA\Data\TGA\TGA-Caox.001
Operator: Applications Laboratory
Run Date: 10-May-95 07:55
Universal V2.6D TA Instruments
2. TGA
Técnica de análise térmica onde a diferença 
de temperatura entre a amostra e um 
material inerte (porta amostra vazio) deve 
ser nula. Para tanto, o equipamento fornece 
ou retira energia na forma de calor para 
compensar eventos térmicos que venham a 
ocorrer quando se varia a temperatura do 
forno.
3. DSC - Calorimetria diferencial de varredura
3. DSC
3.1 Aplicações:
Caracterização de polímeros e misturas poliméricas
Tc, Tm, Tg e Cp
Estudo da cristalinidade de polímeros
Compatibilidade de misturas poliméricas
 Reações de decomposição, cura e oxidação
Determinação de ponto de fusão, transições de fases e 
composição de metais e ligas de baixo ponto de fusão
3. DSC
3.2 Equipamento:
Figura 3: forno do DSC
3. DSC
3. DSC
3. DSC
Clip 2: Aparelho de DSC
3. DSC
3.3 Características:
Faixa de temperatura: -150 a 650°C
Velocidade de aquecimento: 0.1 até 320°C/min
Massa da amostra: 5 a 15mg
Gás de purga: inerte N2, Hélio, Argônio; oxidante O2.
Sensibilidade: Faixa de mW
3. DSC
Figura 4: Curva DSC para uma substância cristalina
3. DSC
Figura 4: Análise calorimétrica diferencial do PET
76.36°C(I)
73.39°C
78.32°C
138.21°C
250.61°C
236.97°C
45.00J/g
-0.1
0.0
0.1
[ ∙
 ∙ 
∙ ∙
 ] 
D
er
iv
. H
ea
t F
lo
w
 (
W
/g
/°
C
)
-1.0
-0.8
-0.6
-0.4
-0.2
0.0
0.2
H
ea
t F
lo
w
 (
W
/g
)
0 50 100 150 200 250 300
Temperature (°C)
Sample: PET (Quenched from the Melt)
Size: 7.8680 mg
Method: RT-->300°C @ 10°C/min
Comment: He Purge=25mL/min
DSC
File: C:\TA\Data\DSC\Dsc-pet.001
Operator: Applications Laboratory
Run Date: 10-May-95 14:44
Exo Up Universal V2.6D TA Instruments
3. DSC
144.93°C
175.51°C
170.25°C
184.1J/g
Instrument: 2010 DSC V4.4E
Module Type: DSC
Run Date: 9-Mar-01 15:00
Sample: Delrin 500
Size: 4.8700 mg
Cell Constant: 1.1238
Exotherm: Up
-3
-1
1
3
5
H
ea
t F
lo
w
 (
W
/g
)
-25 25 75 125 175 225
Temperature (°C)
Sample: Delrin 500
Size: 4.8700 mg
Comment: atm. N2 rampa 10 °C/min
DSC
File: C:...\2001n14.001
Operator: Alexsandro
Run Date: 9-Mar-01 15:00
Exo Up Universal V2.6D TA Instruments
3. DSC
Reação de cura (epóxi + endurecedor)
Reação 
endotérmica???
3. DSC
Reação de cura (epóxi +
endurecedor + acelerador)
0,5% acelerador: Tp = 164
o C
1,0% acel:
Tp = 156o C
2,0% acel.:
Tp = 146o C
• Técnica de análise térmica que consiste na 
avaliação dos módulos de perda ou 
armazenamento, elástico, de compressão 
ou de cisalhamento em função da 
temperatura. Para isto um material é 
submetido a uma deformação sinusoidal e 
é medida a sua força resultante ou a 
deformação sofrida pela amostra.
4. DMA - Análise Dinâmico- Mecânica
4. DMA
4.1 Aplicações:
 Seleção de materiais para aplicações específicas,
 Avaliação de propriedades de elastômeros,
 Projeção do comportamento de materiais usando a 
superposição tempo-temperatura,
 Determinação do percentual de cura de resinas,
 Determinação do efeito da orientação em filmes,
 Medida de tensão-deformação em filmes,
 Análise de alimentos.
4. DMA
4.2. Equipamento:
• 4.2. Equipamento:
4. DMA
4. DMA
Montagem da amostra no clamp 3-point bend
4. DMA
 Figura 5: Esquema do DMA
Figura 6: Esquema do DMA
4. DMA






sen
cos
"
'
o
o
o
o
E
E


Imaginária - energia dissipada
ou viscosa
Real - energia armazenada
ou elástica
Figura 7a: Demonstração do balanço 
energético
Figura 7: Relação E” versus E’
E”
E’
4.3 Fundamentos teóricos:
4. DMA
'
"
E
E
 tan 
Quantidade de energia 
dissipada durante a
deformação do material
Movimentos moleculares
Figura 8: Relação E” versus E’
E”
E’
4. DMA
Figura 9: Efeitos característicos da temperatura nas propriedades de um 
material polimérico.
C C
H
H
CH3
C O CH3
O
PMMA
4. DMA
4.4 Especificações do equipamento
 Força máxima: 18 Newtons
 Range de freqüências: 0,01 a 200Hz
 Range de temperatura: -150 a 300°C
 Resolução de deformação: 1nm
 Taxa de aquecimento: 0,1 a 50°C/min
 Taxa de resfriamento: 0,1 a 10°C/min
4. DMA
Na freqüência de
1Hz o pico de E’
ou tan  corresponde
à Tg do polímero.
4. DMA
Figura 10: DMA de uma borracha de silicone
4. DMA
Figura 11: Análise de alimentos
5. BIBLIOGRAFIA
 Manuais e catálogos da TA Instruments;
 Introduction to Polymer Chemistry (R. Seymour, Mc Graw-Hill);
 Mechanical Properties of Polymers (Reinhold, New York)
 Apostila da Disciplina de Métodos Termoanalíticos (IQ-UFRGS);
Contatos:
Laboratório de Materiais Poliméricos 
Departamento de Materiais - Escola de Engenharia
Universidade Federal do Rio Grande do Sul
http://www.ufrgs.br/lapol