مواد بلوری ونیمه بلوری
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.
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).
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 مواد 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.
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 طلقپلی کربناتپی وی سیپلی استایرن یا کریستاللاستیک ها | تفلونپلی اتیلن دانسیته بالاپلی آمیدالیاف پلی استر | پلی اتیلن دانسیته پایینپلی پروپیلنپت |
