2. 고분자의 전이 - Glass transition temperature

1. Cross-linked(가교 결합)

- 유리 온도보다 높은 온도에서 flexible한 상태이지만 cross-linking이 되어 있어 액체처럼 흐르는 상태는 아니다.

- 유리 온도보다 낮은 온도에서 mobility를 잃어 굳어버린 상태이다.

- cross link로 얽힌 고분자 사이 강한 covalent 결합이 존재하는데 열을 받으면 부드럽게 되고 변형 가능하다. 하지만 한 번 냉각하면 열을 다시 가해도 부드러워지거나 변형되지 않는다. 이러한 성질을 thermoset(열경화성)이라고 한다.

 

2. Non-Cross linked

(1) Amorphous polymer: 사슬이 불규칙하여 packing이 불가능한 비결정성 고분자이다.

- Glass transition temperature보다 높은 온도에서 사슬의 분자운동으로 인해 mobility를 가져 polymer liquid 상태가 되어 액체처럼 흐른다.

- melting은 결정체가 규칙적인 배열을 가질 때 일어나므로, amorphous polymer는 melting temperature가 없다.

(2) Semi-Crystalline polymer: Ordered(규칙적인) 결정성 영역(crystalline region)과 불규칙적인(disordered) random 구조를 갖는 비정(amorphous) 영역을 가진 고분자를 말한다.

- 유리 전이 온도보다 낮은 온도에서 결정형 구조를 이룰 수 있는 mobility가 없어 glass 상태이다.

- 유리 전이 온도보다 높은 온도에서 충분한 mobility를 가져 고분자가 rubbery 상태이다.

- melting temperature보다 높은 온도에서는 부분적으로 존재하는 crystalline 구조가 풀려 액체처럼 흐른다.(plasticizen)

(3) Crystalline: 열역학적으로 가장 favorable한 state이지만 고분자들은 결정 구조 상태로 존재하기 어렵다.

- crystalline 구조에서는 유리 전이 온도가 없다. crystalline 영역을 가열하면 glass 상태가 점차 flecible해지며 melting temperature 이후에 liquid 상태로 변하게 된다.

 

 

3. Stress-Strain plot

- 유리전이온도보다 낮은 온도에서는 딱딱하고 늘어나지도 않는다. 유리전이온도보다 높은 온도에서는 flexible하고 늘리면 늘어난다.

- Brittle(깨지기 쉬운 물질): 변형이 안 일어날만큼 rigid한 물질로 작은 strain만 줘도 변형이 조금만 발생하면 깨진다.(failure)

- Tough(적당히 rigid): strain을 많이 가해줘야 끊어지는 물질로 failure가 발생하기 어렵다.

 

4. Modulus temperature plot

유리전이온도보다 낮은 온도에서 Modulus(변형되는데 들어가는 힘)이 높다. 즉 변형이 잘 일어나지 않는다. 유리전이온도보다 높은 온도에서 mobility가 생겨 당기는대로 변형되므로, Modulus가 떨어진다.