Cristalinidade

Em um polímero semicristalino como o PP, as propriedades mecânicas maiormente estão determinadas por seu grau de cristalinidade. Por esse motivo, é importante entender as variáveis que determinam o grau de cristalinidade do material.

Estas variáveis basicamente podem ser divididas em dois grandes grupos. O primeiro grupo está composto de variáveis inerentes ao material, isto é, flexibilidade das cadeias, regularidade, etc., enquanto o segundo grupo contém fatores relacionados com a transformação do material, essencialmente a história térmica e as condições de tensão durante o processamento.

Quando o polímero fundido se esfria, começa a nucleação e o crescimento dos cristais em diferentes pontos da amostra. Se a cadeia for suficientemente comprida, diferentes segmentos de uma mesma molécula podem pertencer a mais de um cristal. À medida que os cristais crescem, o segmento de uma cadeia que une dois cristais tem seus movimentos mais restringidos e não pode realizar as mudanças conformacionais necessárias para cristalizar. Isso faz com que não existam polímeros perfeitamente cristalinos, mas sempre há domínios amorfos e cristalinos. Outro fator estrutural que afeta o grau de cristalinidade é a regularidade do polímero. As cadeias isotáticas têm algumas sequências nas quais a regularidade dos grupos metilo se quebra. No caso dos copolímeros aleatórios Cuyolen, a regularidade é alterada intencionalmente adicionando unidades de etileno ao longo das cadeias de PP. Neste caso, a perda de cristalinidade traz um aumento de transparência deste tipo de materiais.

A estrutura cristalina tem como unidade elementar o cristal; os cristais formam lamelas que, por sua vez, constituem esferulitas.

Com relação às variáveis de processamento, deve-se mencionar a velocidade de esfriamento da fundição como principal fator que afeta o grau de cristalinidade. Se a velocidade de esfriamento for muito alta, o polímero solidificará antes de realizar as mudanças conformacionais necessárias para a cristalização.
Em todos os processos de transformação, o polímero solidifica antes que finalize o processo de cristalização.

De forma geral, um maior grau de cristalinidade média resulta em um aumento da rigidez e uma perda no impacto devido a que as regiões amorfas são as que dão tenacidade.

Deve-se salientar que as propriedades do material não dependem só do grau de cristalinidade média, más também do tamanho médio e da distribuição de tamanhos de esferulitas. Tipicamente, a adição de um agente nucleante produz esferulitas menores e mais parecidas entre si (distribuição estreita de tamanhos); assim, o material otimiza tanto o brilho quanto a transparência.