고분자의 유리전이온도, 결정화온도, 용융온도 정의와 차이 Tg, Tc, Tm 차이

 

 

 

 이번엔 비교적 간단한 주제를 말하고자 한다. 이전에도 얘기한 바가 있지만, 좀 더 부가설명을 하고자 게시물을 작성하였다. 폴리머는 크게 2가지 재료로 나뉜다.

 

• 고분자 결정화 구조, 결정성과 비결정성, 아브라미와 나카무라 방정식

고분자 결정화 구조, 결정성과 비결정성, 아브라미와 나카무라 방정식

 

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 비정질(amorphous)과 반결정(semicrystalline)

 

- 비정질은 분자 구조가 무질서한 것을 말한다. 구조가 흐물흐물하다.

- 반결정성 구조는 분자 구조가 질서 있게 배열된 것을 말한다. 

 

 

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 폴리머에서 완벽한 100% 결정성 구조는 없다.

 

 따라서 비정질 부분이 항상 존재하기 때문에 결정성보다 반결정성이 좀 더 정확한 표현이다.

 여기서 Tg는 고분자의 segment가 고정되지 않고 움직이기 시작하는 온도이며, 비결정성 부분이 움직이는 온도이기도 하다. *segment(분절)는 특정수 이상의 분자를 이루고 있는 구조를 말하는데, 아래 사진을 참고하면 좋을 것 같다.

 

source : Shape-Memory Properties of Segmented Polymers Containing Aramid Hard Segments and Polycaprolactone Soft Segments

 이를 '유리전이온도'라고 한다. 일반적인 PP의 경우 Tg는 -10도이다. 이후 결정성 부분이 녹기 시작하는 온도를 결정화 온도라고 한다. 이는 Tc라고 표기되며, 결정화 온도의 한계치를 용융 온도(Tm)라고 한다.

 

 

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 이처럼 반결정성 구조는 비정질과 결정성이 같이 있기 때문에 유리전이온도와 결정화 온도, 용융 온도가 존재한다.

 또한, 유리전이온도를 넘으면 비정질 부분이 움직이고, 고분자의 세그먼트 모션이 시작되기 때문에 고체가 아닌 고무의 특성(점탄성)을 가지게 된다. 이후 결정화 온도와 용융 온도를 넘어가면 액상이 되며 상전이가 일어난다.

 

 다만, 비정질 재료의 경우엔 결정성 구조가 없으므로, 유리전이온도만 존재하며, 이를 넘어가면 상이 바뀐다.