Cristalización - Polímeros termoplásticos, elastómeros y aditivos

La cristalización es el proceso por el cual, al enfriar, a partir de una fusión con una estructura molecular altamente desordenada, se alcanza una fase sólida ordenada. Es importante comprender este mecanismo en los polímeros, ya que el grado de cristalinidad afecta las propiedades térmicas y mecánicas de estos materiales. La cristalización de un polímero fundido ocurre a través de procesos de enucleación y crecimiento. Para los polímeros, al enfriarse por debajo de la temperatura de fusión, se forman núcleos dentro de los cuales se ordenan y orientan pequeñas áreas de moléculas desordenadas y orientadas al azar, formando capas de cadenas plegadas. A temperaturas superiores al punto de fusión, estos núcleos son inestables debido a las vibraciones térmicas de los átomos que tienden a romper las configuraciones moleculares ordenadas. Después de la formación de los núcleos, y durante la fase de desarrollo de la cristalización, los núcleos crecen continuamente, ya que otros segmentos de cadenas moleculares están ordenados y alineados con los anteriores; las capas de la cadena plegada, es decir, aumentan las dimensiones laterales o, en el caso de estructuras esferulíticas, aumentan el radio de la esferulita.

El grado de cristalinidad de un polímero se define como el porcentaje en peso de sustancia en el estado cristalino con respecto a su peso total. El grado de cristalinidad depende de la estructura de las moléculas componentes, del historial mecánico y térmico de la sustancia; procesos particulares tales como laminaciones, planchado, extrusión, especialmente si se llevan a cabo a temperaturas adecuadas, tienden a orientar las cadenas favoreciendo la formación de regiones cristalinas. En general, el grado de cristalinidad es muy alto en los polímeros de estructura lineal, mientras que disminuye drásticamente para compuestos altamente asimétricos, altamente ramificados o reticulados. Un alto grado de cristalinidad implica un mayor empaquetamiento de las cadenas con el consiguiente aumento de densidad, rigidez, dureza, resistencia a la fricción, desgaste, agresión ambiental y deformación (fluencia). El modelo generalmente adoptado para los polímeros semicristalinos es el micelar. En él, la disposición de las cadenas en las regiones cristalinas se ve como una combinación de cadenas extendidas y cadenas plegadas, mientras que, en el modelo clásico, las zonas cristalinas están representadas exclusivamente por cadenas extendidas.