Amorfne i kristalne strukture
polimera
Polimer može da bude potpuno amorfan, ali ne može da bude potpuno kristaliničan
Model amorfno-kristalne
strukture
polimera
Prvi, takozvani model micele, koji pokazuje kristalno-amorfnu strukturu polimera.Naknadno je utvrđeno da se ovaj model ne slaže u potpunosti
sa eksperimentalnim nalazima.
Polietilen –
ortorombična kristalna struktura
a) Jedinična ćelija, b) Projekcija jedinične ćelije paralelno u odnosu na pravac lanca
Kristalna faza izotaktnih vinilnih polimera – struktura heliksa
a) pogled sa strane, b) pogled niz heliks
X je
supstituent
koji
nije
H
Temperatura prelaska u staklasto stanjeTemperatura prelaska u staklasto stanje je svojstvo samo amorfnog dela polukristaliničnog materijala. Kristaliničan deo ostaje kristaliničan tokom prelaza u staklasto stanje.
Na nižoj temperaturi amorfni delovi polimera su u staklastom stanju. U tom stanju molekuli su zamrznuti. Mogu malo da vibriraju, ali nema segmentalnog kretanja delova molekula.
U staklastom stanju crveni molekul se ne kreće.
Kada su amorfni delovi polimera u staklastom stanju, polimer će uglavnom biti tvrd, krut i krt.
Temperatura prelaska u staklasto stanje
Pri postepenom zagrevanju polimer postepeno dostiže temperaturu prelaska u staklasto stanje. Pri toj
temperaturi delovi molekula počinju da se pokreću ,odnosno mrdaju kao što je prikazano crvenim molekulom na gornjoj slici. Polimer je sada u gumolikom stanju. U gumolikom stanju polimer postaje mekan i savitljiv.
Poređenje sa topljenjem
Staklasti prelaz
Svojstvo amorfnih zonaIspod
Tg
: Neuređen amorfni materijal sa nepokretnim
molekulimaIznad
Tg
: Neuređen amorfni materijal u kojem delovi
molekula mogu da se pokrećuTermodinamički prelaz drugog
reda
Topljenje
Svojstvo kristaliničnih zonaIspod
Tm
: Uređen kristaliničan materijal
Iznad
Tm
: Neuređen rastop
Termodinamički prelaz prvog reda
Staklasti prelaz NIJE isto što i topljenje.
Termodinamički prelazi
Pri prelazu prvog reda dolazi do prenosa
toplote između sistema i okruženja i dolazi do nagle promene zapremine sistema.Pri prelazu drugog reda, nema prenosa toplote, ali se toplotni kapacitet sistema menja. Zapremina se menja da bi se omogućilo povećano kretanja lanaca molekula, ali se ona ne menja diskontnualno.
Tačke ostakljivanjaPolimer Tg
(°C)Polietilen
(LDPE) -100
Polipropilen (ataktni)
(PP) -20
Poli(vinil acetat) (PVAc) 28Poli(etilen tereftalat) (PET) 69
Poli(vinil alkohol) (PVA) 85
Poli(vinil hlorid) (PVC) 80Polipropilen
(izotaktni)
(PP) 100
Polistiren 100Poli(metil metakrilat)
(ataktni)
(PMMA) 105
Tg
zavisi od polarnosti, sternih faktora, taktnosti i mogućnosti stvaranja vodoničnih veza.
Tačke topljenja i entalpije topljenja
Polimer Tm
(°C) H (J/mol)
Polietilen 137 3970
Politetrafluoretilen 372 2860
cis-1,4-Poliizopren 28 4400
trans-1,4-Poliizopren 74 12700
Polipropilen 174 10880
Poli(dekametilen tereftalat) 138 46000
Tg
i primena polimernih materijala
S K G K S
PVC, PS PE, PP PA, PC, PET
G
G
R RG
Tempe-raturna
oblast primene
G-gumolik, S-staklast, R-rastop, U-umrežen
STg
je mera jačine interakcija između polimernih lanaca.
Prirodni kaučuk
cis-1,4-Poliizopren može da ima kristalne zone (ortorombične strukture), ali je kristalizacija materijala nepoželjna. Materijal može da kristališe kada se deformiše.Amorfni prirodni kaučuk je polazni materijal za dobijanje vulkanizovane (umrežene) gume. U prisustvu sumpora na povišenoj temperaturi kaučuk umrežava i nastaje nastaje guma.