جدول المحتويات
الذوبان والتبلور
يُعرف التغير في الحالة الكلية للمادة الصلبة من الحالة الصلبة إلى السائلة باسم الانصهار. في هذه العملية، فإن
يُطلق على انعكاس هذا الانتقال الطوري من الدرجة الأولى، أي التغير من الحالة غير المتبلورة-السائلة للذوبان إلى الحالة البلورية، اسم التبلور. وهي عملية يتم التحكم فيها حركيًا وتعتمد بشكل أساسي على التنوي. وهذا هو السبب في أن تكون درجة حرارة التبلور دائمًا أقل من درجة حرارة الانصهار التي يتم التحكم فيها ديناميكيًا حراريًا .
الانتقال الزجاجي
ومن ناحية أخرى، تُظهر المواد غير البلورية مثل البوليمرات حالة انتقال زجاجي. في هذا المجال، تنتقل البوليمرات غير المتبلورة كليًا أو جزئيًا من الحالة اللزجة أو المطاطية المرنة للغاية إلى الحالة الزجاجية أو المرنة الصلبة والهشة.
لتوصيف الانتقال الزجاجي، فإن درجة حرارة الانتقال الزجاجي Tg والتي يتم عندها تحديد نصف التغير في السعة الحرارية النوعية النوعية. وتعرف أيضًا بدرجة حرارة الانتقال الزجاجي أو درجة حرارة التليين.
يُلاحظ الانتقال الزجاجي الحراري عندما يتم تبريد ذائب غير قابل للتبلور تبريدًا فائقًا. يؤدي هذا إلى “تجميد” ما يسمى بالحركات الجزيئية التعاونية، مثل إعادة ترتيب أجزاء السلسلة الرئيسية ودوران السلسلة الجانبية ودوران المجموعة الطرفية. وينتج عن ذلك تغيرات مفاجئة في الخواص الميكانيكية والديناميكية الحرارية مثل معامل المرونة السعة الحرارية النوعية و ومعامل التمدد الحراري .
يؤثر معدل التبريد تأثيرًا حاسمًا على درجة حرارة الانتقال الزجاجي. إذا تم تبريد الذوبان بسرعة، يتم الحصول على درجة حرارة انتقال زجاجي أعلى. إذا كان معدل التبريد بطيئًا إلى ما لا نهاية، لا يحدث انتقال زجاجي، حيث لا تتشكل مناطق جزئية غير متبلورة.
العديد من المواد البلاستيكية الشائعة هي مواد شبه بلورية: وبالتالي فإن لها درجة حرارة انتقال زجاجية تتجمد تحتها المرحلة غير المتبلورة. وفي الوقت نفسه، لها أيضاً درجة حرارة انصهار تذوب عندها المرحلة البلورية.
يمكن تمييز البوليمرات على أساس الانتقال الزجاجي
نظرًا لأن كل مادة بلاستيكية لها انتقال زجاجي محدد، فإن هذا معيار مهم لتوصيف المادة. لذلك، غالبًا ما يستخدم تحديد درجة حرارة الانتقال الزجاجي في التحليل الحراري على سبيل المثال، للتمكن من الإدلاء ببيانات حول ثبات أبعاد البوليمر تحت تأثير الحرارة.
على سبيل المثال، لا تُستخدم اللدائن المطاطية إلا في نطاق المطاط المرن، أي فوق درجة حرارة التحول الزجاجي. وعلى النقيض من ذلك، تستخدم اللدائن الحرارية غير المتبلورة فقط تحت درجة حرارة التحول الزجاجي.
نظرًا لأن الانتقال الزجاجي يعتمد على نوع البلاستيك وتصنيعه، يمكن الحصول على معلومات عن التغيرات في المادة من خلال تحديد Tg.
- التركيب الكيميائي، كلما كانت السلسلة الرئيسية أكثر مرونة، انخفضت درجة حرارة الأرض
- الكتلة المولية، يزداد Tg مع زيادة الكتلة المولية
- التوجه الجزيئي، على سبيل المثال في الرقائق يزيد من Tg
- الربط الشبكي، مع زيادة درجة الربط الشبكي Tg
- الملدنات، مع زيادة محتوى الملدنات Tg
علاوة على ذلك، توفر درجة حرارة الانتقال الزجاجي معلومات حول الفيزيائية الفيزيائية الفيزيائية البلاستيكوالتي تحدث كذروة استرخاء حراري في قياسات DSC.
يمكن أيضًا توصيف مخاليط البوليمر باستخدام Tg. إذا لم تكن البوليمرات غير قابلة للامتزاج، فإن المكونات الفردية تحدث منفصلة الطور، بحيث تتعايش ويمكن قياس العديد من التحولات الزجاجية. يمكن أن توفر المقارنة مع المكونات النقية معلومات حول نسب وجودة عملية الخلط.
