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溶融と結晶化
固体の物理的状態が 固体から液体に変化することを 融解という。 供給された熱は結晶格子を溶解し、材料の温度は融解の全過程で一定に保たれる。 つまり、定義された融解温度が存在する。
この一次相の反転、すなわち融液の非晶質-液体状態から結晶状態への移行は、結晶化と呼ばれる。 これは動力学的に制御されたプロセスであり、主に核形成に依存する。 したがって、結晶化温度は常に熱力学的に制御された融解温度以下である。
ガラス転移
一方、ポリマーのような非結晶性材料にはガラス転移がある。
これは、完全または部分的に 非晶質のポリマーが、高粘性またはゴム弾性の柔軟な状態から、ガラス状または硬弾性の脆い状態に変化するところである。
ガラス転移を特徴づけるために、ガラス転移温度Tgは、比熱の変化の半分がガラス転移温度Tgに達する時点を表す。 比熱容量を表す。
ガラス転移温度または軟化温度とも呼ばれる。
熱ガラス転移は、結晶化できない融液が過冷却されることで観察される。
主鎖セグメントの再配列、側鎖の回転、末端基の回転など、いわゆる協力的な分子運動は、その後 “凍結 “する。
その結果、次のような機械的・熱力学的特性が急激に変化する。 弾性率比熱容量 熱膨張係数.
冷却速度はガラス転移温度に決定的な影響を与える。 融液が急速に冷却されると、ガラス転移温度は高くなる。
無限に遅い冷却では、非晶質の部分領域が生じないため、ガラス転移は起こらない。
一般的なプラスチックの多くは部分的に結晶性であるため、アモルファス相が凍結する以下のガラス転移温度を持っている。
同時に、結晶部分が溶解する融解温度もある。
ポリマーはガラス転移によって分類される。
すべてのプラスチックには特定のガラス転移があるため、この温度は材料を特性評価するための重要なパラメータとなります。 そのため、ガラス転移温度の測定は、熱分析において、熱作用下でのポリマーの寸法安定性などを明らかにするためにしばしば用いられます。
例えば、エラストマーはゴム弾性範囲、すなわちガラス転移温度以上でのみ使用される。 一方、非晶性熱可塑性プラスチックはTg以下でのみ使用される。
ガラス転移はプラスチックの種類や製造方法によって異なるため、Tgを測定することで材料の変化に関する情報を得ることができる。
とりわけ、以下のような関係がある：
- 化学構造：主鎖が柔軟であればあるほど、Tgは低くなる。
- モル質量：モル質量が増加するにつれてTgは増加する。
- 分子配向、例えば箔のTg上昇
- 架橋度が高くなるにつれてTgは上昇する。
- 可塑剤：可塑剤の含有量が増えるとTgは低下する。
ガラス転移温度は、プラスチックの物理的老化に関する情報も提供し、DSC測定ではエンタルピー緩和ピークとして発生する。 ポリマーの混合物もまた、Tgを用いて特性評価することができる。 ポリマーが非混和性であれば、個々の成分は相分離し、隣り合って存在するように見え、いくつかのガラス転移を測定することができます。 純成分と比較することで、混合プロセスの割合や品質に関する情報を得ることができる。
ガラス転移温度の決定に関する詳細情報 ガラス転移温度.
