고분자 녹는다? 안녹는다?

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흠.. 의외로 이건 모르는 사람이 제법되어서 구분지어 설명을 한다.

 

보통 우리나라말로 '녹는다'라고 표현된 고분자쪽 매칭 단어는 'melting'이다.

 

 

출처: Crystallization of polymers in WIKIPEDIA

고분자에서는 저렇게 semicrystalline이라고 나온것처럼 접혀서 (folded) 패킹되어있는 상태를 결정이라고 한다.

 

접히려면 꺽이는 부분이나 짜투리들이 존재하기 때문에 무기물이나 유기물 단분자와 다르게 100% crystalline은 없다.

 

가지런히 접힌게 amorphous라고 되어있는 상태로 풀리는게 melting이다.

 

즉, 결정을 만들지 못하는 비정질 고분자는 melting현상을 관찰할 수 없다. (잡아당기는 등의 특수상황 빼고..)

 

그럼 비정질 친구들도 온도가 올라가면 잘 움직여지는데 뭐라 부르는게 적당할까?

 

보통 '말랑해진다'라는 표현이 가깝다고 생각한다.

 

자.. 그럼 Tg는 뭘까? 이건 비정질의 특성이라고 했는데

 

영어단어로는 glass transition temperature, 우리나라말로 유리 전이 온도.

 

보통 가장 많이 표현하는 얘기는 '30~50개의 carbon chain이 움직임(mobility)를 가지는 시작온도' 라고 말한다.

 

잠깐! 그럼 이제 감이 오나?

 

그래.. Tg 즉, 유리전이온도는 고분자라면 다 존재한다. 근데 결정질은 왜 안보여?

 

여기서 짧게 정리해주면,

 

1. Tg이상의 온도에서 고분자는 움직일 수 있다.

 

2. 고분자가 움직여야 folding을해서 결정을 만들 수 있고, 결정이 있어야 녹는 현상이 관찰된다.

 

잘 조합해서 보면,

 

'Tg는 Tm보다 낮다.'

 

'Tm은 고분자 중 결정이 되어있는 녀석들에서 기인된다.'

 

3. 결정안의 고분자 사슬은 움직이기가 매우 힘들다.

 

'이미 결정질이 있다면 Tg는 비정질부분에서만 기인된다.'

 

예를 들자...

 

결정화도가 70%인 고분자의 Tg는 30%의 비정질 부분에서만 나타난다.

 

그 중에 carbon 30~50개정도 연결된 비정질 부분이 존재해서 움직이기 시작하면서 발생하는 Cp의 변화는?

 

비정질 고분자에 비해 적다.

 

--> 결정질 고분자는 Tg가 존재하지만, 관찰이 어렵다.

 

그런데 나는 Tg를 보고싶다!! 하면 한가지 방법은 있다. 다되는건 아니고..

 

위 내용을 잘 이해했다면 알텐데,

 

다 녹여서(melting) 식힐때 결정을 만들지 못하게 빠르게 Tg아래로 온도를 내리면 된다.

 

하지만, 안되는 케이스가 존재한다.

 

1. 결정 만드는 속도가 개 빠름

 

2. Tg가 너무 낮음 (-100도 이런식..)

 

저 두개의 좋은 예시가 PE 되시겠다.

 

PET, PBT, PLA같이 결정화 속도가 느리면 Tg관찰이 가능하다. 덤으로 recrystallization도

 

이런 현상과 recrystallization은 언제 나타나는지 이럴때 원래 결정화도와 나중 결정화도는 어떻게보는지 등등

 

재미난것은 많은데 관심있는 분이 계시면 그때 하는 걸로..

 

따로 포스팅할일이 없었다고 한다...