Che cos'è la transizione vetrosa?
I polimeri che non sono strutturati come cristalli a livello molecolare cambiano stato con temperatura diversa dalle sostanze cristalline. La temperatura di transizione vetrosa è il punto in cui il polimero subisce un cambiamento di stato. I materiali al di sopra di questa temperatura sono generalmente più flessibili e quelli a temperature più fredde sono fragili perché le molecole non possono piegarsi o spostarsi rapidamente in luoghi diversi. La transizione vetrosa è visibile solo nei solidi che non hanno molecole disposte in cristalli; questi sono chiamati amorfi e includono vetro, gel e pellicole sottili.
A seconda del materiale, il punto di transizione vetrosa si verifica a una temperatura diversa, che è correlata alla sua capacità termica. Alcuni materiali come la gomma hanno molecole sia cristalline che amorfe. Le temperature per ciascuno in un oggetto possono essere diverse. Le strutture a base di cristalli si fondono a una certa temperatura, ma le strutture con entrambi i tipi di molecole tendono a fluire per lunghi periodi di tempo. I componenti amorfi possono essere forti ad una temperatura, mentre le molecole cristalline potrebbero essere in uno stato fuso se hanno già subito una transizione di fase.
La transizione vetrosa è diversa dalla fusione effettiva, poiché non esiste calore latente per assorbire gli aumenti di temperatura. A differenza di una sostanza che si scioglie, un polimero in transizione continuerà a riscaldarsi quando viene attraversata la temperatura di transizione. La capacità termica del polimero aumenta tuttavia, quindi il processo a cui è sottoposto è chiamato transizione di secondo ordine. Le strutture cristalline assorbono invece il calore e non aumentano di temperatura mentre si stanno sciogliendo.
Se dovesse essere piegato fisicamente, un oggetto si fletterebbe come un pezzo di gomma quando si trova al di sotto del punto di transizione vetrosa. Potrebbe anche rimanere solido se i legami molecolari sono abbastanza forti da resistere alla forza. Gli oggetti con molecole non altrettanto potenti si rompono o si frantumano al di sotto della temperatura di transizione vetrosa. I cruscotti delle auto in plastica e quelli di plastica spesso reagiscono in modo simile con i cambiamenti di temperatura.
I materiali amorfi richiedono una certa quantità di energia termica per cambiare la loro struttura molecolare. La transizione vetrosa dipende dall'energia necessaria per cambiare lo stato di un particolare materiale. Il fenomeno è diverso dallo scioglimento anche perché non è così evidente. Spesso i materiali non mostrano le proprietà associate a seguito della transizione vetrosa a meno che non venga applicata una forza. La fusione, tuttavia, è visivamente evidente e ha un effetto più drammatico, come quando un cubetto di ghiaccio cristallino si scioglie in acqua che scorre facilmente attraverso una superficie.