در این پست آترین پلیمر قصد دارد به اثر دما بر بلورینگی پلیمرها بپردازیم پس این مقاله تخصصی را از دست ندهید و تا انتها همراه ما باشید.
پلیمرهای حجیم جامدات متراکم و نامنظم یا نیمه کریستالی هستند. و به صورت پلاستیک، الاستومر، الیاف، چسب و پوشش استفاده می شوند
پلیمرهای آشفته هیچ ناحیه کریستالی ندارند، در حالی که بخش قابل توجهی از پلیمرهای نیمه بلوری فاقد نظم هستند. به همین دلیل این پلیمرها را نیمه کریستالی می نامند. حتی پلیمرهایی با درصد بلورینگی بالا دارای قطعات نامنظم هستند (بیشترین بلورینگی مربوط به پلی اتیلن خطی با بلورینگی 90 درصد است).بیشتر زنجیره های پلیمری را نمی توان به صورت مستقیم و خطی مرتب کرد، بنابراین پس از آرایش خطی روی خود تا می شود. در واقع تعداد کمی از زنجیره های پلیمری را می توان به طور کامل کشیده و مستقیم کرد که از جمله آنها می توان به آرامیدهایی مانند Collaro Nomex و پلی اتیلن با وزن مولکولی بسیار بالا (UHMWPE) اشاره کرد.
این تا کردن و انباشته شدن می تواند ادامه یابد تا زمانی که پشته ای از پلیمرهای تا شده روی هم ایجاد شود. به این دسته بندی ها Lamella می گویند.
گاهی اوقات به دلیل ممانعت فضایی گروه های شیمیایی، ساختار و مورفولوژی زنجیره پلیمری به گونه ای است که زنجیره تا نمی شود و قسمت های نامنظمی را تشکیل می دهد.
مورفولوژی:
با کنار هم قرار دادن زنجیر و لاملا می توان واحدهای مورفولوژیکی مختلفی را برای پلیمرهایی در نظر گرفت که شامل
تک کریستال می باشد که در آزمایش محلول پلیمری بسیار رقیق با غلظت کمتر از 0.1 درصد در هنگام سرد شدن، تشکیل یک بلور واحد را می توان با میکروسکوپ نور پلاریزه مشاهده کرد.
در این ریخت شناسی، همه مولکول ها توانایی شرکت در یک واحد کریستالی را دارند و احتمال اینکه یک مولکول یا زنجیره پلیمری در بیش از یک بلور شرکت کند بسیار کم است.
لایه های کریستالی پلی اتیلن خطی 10 تا 20 میکرون اندازه و 10 نانومتر ضخامت دارند.
اسفرولیت: اسفرولیت ها پلی کریستال های متقارن دایره ای هستند که از یک هسته شروع می شوند تا به صورت شعاعی در جهات مختلف رشد کنند و در هر شعاع منشعب شوند.
هنگام آزمایش نمونه های پلیمری مذاب یا محلول با غلظت متوسط در طول خنک شدن، تشکیل گلبول ها را می توان با میکروسکوپ نور پلاریزه مشاهده کرد.
تعداد، اندازه و شکل اسفرولیت ها مهم هستند زیرا بر درجه و درصد بلورینگی تأثیر می گذارند.
عوامل موثر بر تشکیل بلور:
عوامل موثری در تشکیل کریستال ها دخیل هستند که عبارتند از
نظم یا تقارن ساختاری
قطبیت مولکولی
انسداد فضایی
درجه حرارت
تنش
وزن مولکولی
کوپلیمریزاسیون تصادفی
حلال و نرم کننده
دما:
دما می تواند تأثیر زیادی بر درشت مولکول ها و بلورینگی مولکول ها داشته باشد. دما اغلب با تأثیر بر حلالیت و فوق اشباع نمونه بر هسته و رشد کریستال تأثیر می گذارد.
نشان داده شده است که دما بر کمیت، اندازه و کیفیت کریستال، حلالیت نمونه و داده‌های بلورینگی اولیه تأثیر می‌گذارد. یکی از مزایای دما این است که دما کنترل دقیق، سریع و برگشت پذیر محلول پلیمری را که می خواهیم متبلور کنیم، فراهم می کند. پلیمر با کریستالینیت بالا مضر است.
برای مشاهده محصولات کلیک نمایید.
دمای تبلور:
در مولکول های کوچک، در همان دمایی که یخ ذوب می شود و به آب تبدیل می شود، اگر آب را خنک کنیم، کریستال ایجاد می کند، اما در مورد پلیمرها اینطور نیست.
دمای مناسبی که به مذاب پلیمر اجازه کریستال شدن می دهد، دمایی بین دمای انتقال شیشه ای (Tg) و دمای ذوب (Tm) است که به آن دمای تبلور یا دمای تبلور گفته می شود و با (Tc) نشان داده می شود. بین Tg و Tm قرار می گیرد زیرا:
بالاتر از دمای ذوب، به دلیل تحرک بالای زنجیره ها، تنظیم بسیار دشوار است.
در زیر دمای انتقال شیشه ای، انرژی جنبشی برای حرکت و تنظیم زنجیره ها وجود ندارد.
تاثیر دما بر مورفولوژی گویچه (اسفرولایت ها):
برای تشکیل کریستال‌ها، هر چه دما به Tg نزدیک‌تر باشد، چون تحرک کمتر و انرژی جنبشی کاهش می‌یابد، هسته‌زایی افزایش می‌یابد (تعداد هسته‌ها افزایش می‌یابد، اما رشد آنها کاهش می‌یابد) و دما به Tm نزدیک‌تر می‌شود، زیرا تحرک بیشتر است، تعداد هسته ها کاهش می یابد، اما رشد آنها افزایش می یابد
یکی دیگر از تفاوت های آشکار بین این دو دسته در ناحیه بی نظم آنهاست. وقتی کریستال‌ها و هسته‌های کوچک زیادی وجود داشته باشد، در واقع نواحی بی‌نظم کمتری وجود خواهد داشت، اما با بزرگ‌تر شدن کریستال‌ها، فضای بین آنها افزایش می‌یابد و نواحی بی‌نظم افزایش می‌یابد.
آزمون DSC:
یکی از روش های پرکاربرد برای مطالعه تاثیر دما بر پلیمرهای متبلور، تست DSC است. این آزمایش جریان حرارتی نمونه پلیمری را که گرم، سرد یا همدما گرم می شود اندازه گیری می کند. این آزمایش داده های ارزشمندی را در مورد برخی از پارامترهای کلیدی مانند آنتالپی ذوب، دمای ذوب و تبلور و زمان لازم برای رسیدن به حداکثر نرخ تبلور ارائه می دهد.
اثر دما و تاریخچه حرارتی:
پلیمرها در رابطه با اثردما برای بلوری شدن اغلب با سه حالت روبه رو هستند.
- در حالت اول که به تبلور از مذاب معروف است. پلیمر در حالت مذاب است (دمای Tfm را پشت سر می گذارد و به دمای Tm نزدیک می شود). در این حالت به دلیل انرژی جنبشی زنجیره ها و مولکول ها امکان چینش و تنظیم زنجیره ها وجود ندارد. با حذف گرما از مذاب پلیمر و کاهش آهسته دما، می توان یک پلیمر کریستالی ایجاد کرد.
- در حالت دوم که به تبلور سرد معروف است. پلیمر در ناحیه شیشه ای قرار دارد (دمای پلیمر قبل از Tg است) و این حالت می تواند ناشی از سرد شدن ناگهانی مذاب پلیمر باشد تا زنجیره های پلیمری فرصتی برای تراز شدن نداشته باشند و یا پلیمر تولید و ذخیره شود. در دمای پایین؛ در نتیجه می توان با حرارت دادن به میزان مناسب، انرژی جنبشی زنجیره های پلیمری را افزایش داد و می توان آرایشی پیدا کرد که پلیمر را کریستالی کند.
- در حالت سوم که به عنوان تبلور مجدد-سازماندهی شناخته می شود. پلیمر تا حدودی کریستالی است، اما به دلیل عدم وجود زمان کافی در حالت تبلور مذاب یا حرارت ناکافی در حالت تبلور جامد، پلیمر به طور کامل متبلور نمی شود و زمانی که در معرض شرایط تبلور قرار می گیرد، امکان تبلور مجدد وجود دارد. بنابراین پلیمر نیمه کریستالی را گرم می کنند تا زنجیره هایی که قسمت های بی شکل پلیمر را تشکیل می دهند و قابل خوردن نیستند در لایه ها قرار می گیرند و منظم می شوند.
جمع بندی :
امیدواریم مطالب گفته شده در این مقاله به شما کمک کرده باشد تا نسبت به گذشته نسبت به اثر دما بر بلورینگی پلیمرها اطلاعات کسب کرده باشید.