ग्लास संक्रमण तापमान, पिघल तापमान और पॉलिमर के चिपचिपा प्रवाह तापमान को प्रभावित करने वाले कारक

पॉलिमर के ग्लास ट्रांज़िशन तापमान (Tg), पिघलन तापमान (Tm) (क्रिस्टलीय पॉलिमर के लिए) और चिपचिपा प्रवाह तापमान (Tf) (गैर-क्रिस्टलीय पॉलिमर के लिए) महत्वपूर्ण तापमान पैरामीटर हैं। Tg पॉलिमर के सेवा तापमान को निर्धारित करता है, जबकि Tm और Tf पॉलिमर के प्रसंस्करण तापमान को निर्धारित करते हैं। ऐसे कई कारक हैं जो पॉलिमर के Tg, Tm और Tf मानों को प्रभावित करते हैं।

बहुलक संरचना और गुणों का प्रभाव

I. श्रृंखला संरचना

(1) मुख्य श्रृंखला। मुख्य श्रृंखला पर फिनाइल, बाइफिनाइल समूह और संयुग्मित दोहरे बंधों जैसे कठोर समूहों के प्रवेश से श्रृंखला की कठोरता बढ़ जाती है, जबकि Tg, Tm और Tf सभी बढ़ जाते हैं; मुख्य श्रृंखला पर ईथर बंधों और पृथक दोहरे बंधों के प्रवेश से श्रृंखला लचीली हो जाती है, और Tg, Tm और Tf सभी घट जाते हैं।

(2) पार्श्व समूह। जब पार्श्व समूह एक कठोर समूह होता है, तो पार्श्व समूह का आयतन बढ़ने पर श्रृंखला का लचीलापन कम हो जाता है, और Tg, Tm और Tf सभी बढ़ जाते हैं; जब पार्श्व समूह (या पार्श्व श्रृंखला) एक लचीला समूह (या लचीली श्रृंखला) होता है, तो पार्श्व समूह (श्रृंखला) जितना बड़ा होता है, लचीलापन उतना ही बेहतर होता है, फिर पूरी आणविक श्रृंखला का लचीलापन बेहतर होता है, और Tg, Tm और Tf सभी घट जाते हैं।

(1) और (2) के संयोजन से पता चलता है कि सभी श्रृंखला संरचना कारक जो श्रृंखला कठोरता को बढ़ाते हैं, वे Tg, Tm और Tf मानों को बढ़ा सकते हैं, और सभी श्रृंखला संरचना कारक जो श्रृंखला लचीलापन बढ़ाते हैं, वे Tg, Tm और Tf मानों को कम कर सकते हैं।

II. अंतराआणविक बल
आण्विक श्रृंखला पर ध्रुवीय समूहों के बीच मजबूत अंतःक्रियाओं और मजबूत अंतराण्विक बलों वाले ध्रुवीय बहुलकों में, गैर-ध्रुवीय बहुलकों के संगत मानों की तुलना में Tg, Tm और Tf मान बड़े होते हैं; और अंतराण्विक बलों में वृद्धि के साथ Tg, Tm और Tf मान सभी बढ़ जाते हैं।

III. आणविक भार
चूंकि Tm क्रिस्टलीकरण से संबंधित है, इसलिए सामान्य तौर पर, Tm पर आणविक भार का बहुत कम प्रभाव पड़ता है और Tg और Tf दोनों ही बढ़ते आणविक भार के साथ बढ़ते हैं। Tg के लिए, यह प्रवृत्ति कम आणविक भार पर अधिक स्पष्ट होती है, जबकि Tg में बहुत धीरे-धीरे परिवर्तन होता है जब आणविक भार एक निश्चित स्तर तक बढ़ जाता है।

Tf पर आणविक भार का प्रभाव Tg पर आणविक भार के प्रभाव से कहीं अधिक महत्वपूर्ण है। ऐसा इसलिए है क्योंकि Tg पर आणविक भार का प्रभाव श्रृंखला अंत प्रभाव के कारण होता है, जिसे केवल तभी दिखाया जा सकता है जब सिस्टम की श्रृंखला अंत सामग्री अपेक्षाकृत अधिक हो, यानी आणविक भार अपेक्षाकृत कम हो; आणविक भार एक निश्चित सीमा तक अधिक होने और श्रृंखला अंत का वजन लगभग नगण्य सीमा तक छोटा होने के बाद, Tg पर इसका प्रभाव महत्वपूर्ण नहीं होता है।

Tf वह महत्वपूर्ण तापमान है जिस पर संपूर्ण बहुलक श्रृंखला का द्रव्यमान केंद्र विस्थापित हो जाता है, और संपूर्ण श्रृंखला की गति सभी श्रृंखला खंडों की समन्वित गति से प्राप्त होती है। आणविक भार जितना अधिक होगा, श्रृंखला खंडों की संख्या उतनी ही अधिक होगी जिन्हें समन्वित रूप से गति करने की आवश्यकता होगी, और गति के दौरान जितने अधिक घर्षण बलों को दूर करने की आवश्यकता होगी, और Tf उतना ही अधिक होगा। इसलिए Tf मान आणविक भार पर दृढ़ता से निर्भर करता है।

बाहरी कारकों का प्रभाव

I. छोटे अणु घुलनशील योजक

प्रसंस्करण गुणों में सुधार करने या प्रसंस्करण के दौरान उत्पाद को एक निश्चित पहलू प्रदान करने के लिए कभी-कभी प्लास्टिसाइज़र या अन्य घुलनशील योजक सामग्री में मिलाए जाते हैं।बहुलक निर्माण और प्रसंस्करणपॉलिमर के मामले में, ये छोटे अणु तनुकों के समतुल्य होते हैं और वे पॉलिमर के Tg, Tm और Tf को कम करते हैं।

II. बाहरी ताकतें

एकदिशीय बाह्य बलों का चेन खंडों पर एक धक्का देने वाला प्रभाव होता है, इसलिए बाह्य बलों को बढ़ाने से Tg और Tf कम हो सकते हैं। बाह्य बल की अवधि बढ़ाने से अणुओं की गति भी बाह्य बल की दिशा में होती है, जिससे Tf भी कम होता है। दबाव में वृद्धि से मुक्त आयतन कम हो जाता है और Tg और Tf बढ़ जाता है।

Tm पर बाह्य बलों का प्रभाव इस प्रकार है: जब एक बहुलक तन्य बलों के अंतर्गत क्रिस्टलीकृत होता है, तो क्रिस्टलीकरण की क्षमता बढ़ जाती है, जिससे क्रिस्टलीयता की डिग्री बढ़ जाती है और क्रिस्टल का गलनांक भी बढ़ जाता है, अर्थात Tm बढ़ जाता है; दबाव में क्रिस्टलीकरण से वेफर की मोटाई बढ़ जाती है, जिससे क्रिस्टल की पूर्णता बढ़ जाती है, जिससे Tm भी अधिक हो जाता है।

III. परीक्षण दर

यह तापमान परीक्षण के संदर्भ में प्राप्त परीक्षण मूल्य के परिमाण के संदर्भ में है। चूँकि बहुलक श्रृंखलाओं की गति एक विश्राम प्रक्रिया है और समय पर निर्भर है, इसलिए Tg परीक्षण मूल्य और प्रयोगात्मक समय पैमाने के बीच एक संबंध है: वार्मिंग की दर या गतिशील प्रयोगों की आवृत्ति में वृद्धि से Tg में वृद्धि होगी। Tf के लिए भी यही सच है, और Tm के लिए विपरीत सच है। Tm मानों का परीक्षण करते समय, यदि तापमान धीरे-धीरे बढ़ाया जाता है, तो अपूर्ण कणों को पहले पिघलाया जा सकता है और फिर थोड़े अधिक तापमान पर अधिक परिपूर्ण और स्थिर क्रिस्टल में पुनःक्रिस्टलीकृत किया जा सकता है। अंतिम तथाकथित "पिघलने का बिंदु" वह तापमान है जिस पर सभी अधिक परिपूर्ण क्रिस्टल पिघलते हैं और यह तेजी से तापमान वृद्धि पर मापे गए मान से अधिक होगा।