آخرین خبرها
خانه / مقالات / آنچه از پلیمر ها لازم است بدانیم / ۴۵-دمای کریستال یا بلوری شدن و تاثیر آن بر خواص پلیمرها:
100-100-45

۴۵-دمای کریستال یا بلوری شدن و تاثیر آن بر خواص پلیمرها:

 

معمولا پلیمرهای بالای دمای انتقال شیشه ای پلیمرها تحرک زیادی دارند.آنها دقیقا مانند مسافرانی هستند که می خواهد از صندلی هواپیما خلاص شود و هیچوقت هم موفق نمی شود زیرا آنها فقط می توانند اطراف خودشان حرکت کنند.

th

نمودار حرارتی ماده نیمه بلور

 

با افزایش حرارت به دمای کریستال شدن می رسیم. وقتی پلیمر به دمای بلوری شدن می رسد شروع به منظم شده زنجیرهای پلیمری می کند. در این حالت گرما از دست می دهد و دمای پلیمر افت می کند به همین دلیل این کاهش دما نشان دهنده مطالب بسیار جالبی می باشد از جمله این که:

۱- بسیاری از پلیمرها نظیر پلی استایرن اتاکتیک اصلا این دما را ندارند زیرا آنها کریستال نمی گردند.(منظور از پلی استایرن اتاکتیک پلی استایرنی می باشد که گروه بنزنی بصورت نامنظم در رنجیر قرار دارد و در واقع نوع تجاری پلی استایرن می باشد).

 tc

۲-از دیگر نکات جالب در این خصوص این است که واکنش بلوری شدن گرمازا می باشد.یعنی در این عمل حرارت از دست می دهد.

بنابراین برای آنکه یک پلیمر شروع به بلوری شدن کند، باید درجه حرارت نمونه زیر دمای ذوب باشد. در بالای دمای ذوب حرکت و جنبش مولکول های پلیمر آنقدر زیاد است که نمی توانند هیچ شکل خاصی به خود بگیرند، اگر درجه حرارت نمونه به دمایی زیر نقطه ذوب آن رسانده شده و در این درجه حرارت نگه داشته شود، بلوری شدن در پلیمر آغاز خواهد شد. (البته مشروط بر اینکه پلیمر از نظر ساختمان شیمیایی توانایی تشکیل بلور را داشته باشد) .
در این درجه حرارت اگر سرعت تشکیل بلور ها با یک دستگاه تفرق اشعه ایکس و یا یک DSC اندازه گیری و ثبت شود, این زمان را نیمه عمر بلوری شدن می نامند عکس این کمیت نشان دهنده سرعت وا کنش بلوری شدن است. نیروی رانش بلوری شدن با افزایش تفاضل درجه حرارت ذوب و درجه حرارتی که پلیمر در آن نگه داشته شده افزایش می یابد. این به این معنا است که هرچه دما در درجه حرارت ذوب بیشتر کاهش یابد, تمایل زنجیر ها برای تشکیل بلور بیشتر می شود. این مساله به دلیل کاهش تحرک مولکول ها است . وقتی مولکول ها از جنب و جوش بیافتند, راحت تر در جای خود مستقر شده و شکل می گیرند. از طرف دیگر می دانیم که وقتی درجه حرارت به به زیر Tg درجه انتقال شیشه ای برسد, تحرک مولکول ها آنقدر کم می شود که دیگر نمیتوانند از جای خود حرکت کرده و شکل خاصی بگیرند. نمونه گرم شده وقتی به درجه حرارت Tg می رسد, مولکول ها تحرک بیشتری پیدا کرده و جا به جا می شوند و تشکیل بلور می دهند. در اینجا می توان حدث زد که در بین Tg  وTm یعنی درجه حرارت انتقال شیشه ای و درجه حرارت ذوب, دمای خاصی وجود دارد که سرعت واکنش بلوری شدن در آن حد اکثر مقدار ممکن است.یعنی درجه حرارتی که در آن مولکول ها نه آنقدر سریع حرکت می کنند که نتوانند وارد ساختمان بلوری شوند و نه آنقدر کند که سرعت واکنش بسیار آهسته شود. اگر درجه حرارت از این مقدار بهینه کمتر یا بیشتر شود, سرعت تشکیل بلور ها کم خواهد شد.

 

آیا می توان دمای بلوری یا کریستال شدن را ثبت کرد؟

در این درجه حرارت اگر سرعت تشکیل بلورها با یک دستگاه تفرق اشعه ایکس و یا یک DSC اندازه گیری و ثبت شود، این زمان را نیمه عمر بلوری شدن می نامند عکس این کمیت نشان دهنده سرعت واکنش بلوری شدن است.

dsc

دستگاه DSC برای تعیین دمای بلورینگی و تعیین درصد بلورینگی

 

چگونگی ثبت دمای کریستال یا بلوری بردن

نمونه گرم شده وقتی به درجه حرارت Tg می رسد، مولکول ها تحرک بیشتری پیدا کرده و جابجا می شوند و تشکیل بلور می دهند. در اینجا می توان حدس زد که در بین Tg و Tm یعنی درجه حرارت انتقال شیشه ای و درجه حرارت ذوب، دمای خاصی وجود دارد که سرعت واکنش بلوری شدن در آن حداکثر ممکن است. یعنی درجه حرارتی که در آن مولکول ها نه آنقدر سریع حرکت می کنند که نتوانند وارد ساختمان بلوری شوند و نه آنقدر کند که سرعت واکنش بسیار آهسته شود. اگر درجه حرارت از این مقدار بهینه، کمتر یا بیشتر شود، سرعت تشکیل بلورها کم خواهد شد.

 

مثالهایی از مواد بلوری و نیمه بلوری و آمورف

پلیمرهای آمورف پلیمرهای بلوری پلیمرهای نیمه بلوری
پلی متیل متاکریلات یا اصطلاح عامیانه طلق

پلی کربنات

پی وی سی

پلی استایرن یا کریستال

لاستیک ها

تفلون

پلی اتیلن دانسیته بالا

پلی آمید

الیاف پلی استر

 

پلی اتیلن دانسیته پایین

پلی پروپیلن

پت

 به طور کلی یک ماده صد در صد بلوری و یا صد در صد آمورف وجود ندارد بلکه درصد بلورینگی تعیین کننده نوع ماده است.این درصد توسط دستگاههایی نظیر DSC,FT-IR,X-ray قابل اندازه گیری می باشد.

تاثیر بر خواص:

مواد بلوری به دلیل نظم موجود در زنجیره ها از استحکام بالاتری برخوردار می باشند.در عوض مواد آمورف فرآیند پذیری بهتری دارند.

مواد بلوری شکننده هستند و در عوض مواد آمورف چقرمگی بیشتری دارند.

از نظر حرارتی پایداری حرارتی مواد بلوری و نیمه بلوری از مواد آمورف پایدارتر می باشند.

از نظر خواص نوری پلیمرهای آمورف شفاف هستند پلیمرهای نیمه بلوری نیمه شفاف و پلیمرهای بلوری کدر یا مات هستند.برای مثال ظروف نگهداری شکلات از جنس پلی استایرن می باشند شفاف ,مشمع ها یا اصطلاحا نایلونها از جنس پلی اتیلن دانسیته پایین نیمه شفاف و ظروف بادی مخصوص شوینده ها پلی اتیلن دانسیته بالا کدر می باشند.

 

منبع:www.polymeresabz.com
تالیف:فاطمه ارشادی

 

درباره‌ی polymersabz

همچنین ببینید

103_2_sh

۱۰۳- چگونه از تغییر رنگ و تخریب پلیمرها جلوگیری کنیم؟

یکی از پرمصرفترین افزودنی ها که در صنعت پلاستیک استفاده می شود افزودنی آنتی اکسیدان …

پاسخ دهید