تعريف درجة حرارة انتقال الزجاج
درجة حرارة انتقال الزجاج (Tg): هي درجة الحرارة التي يتحول عندها البوليمر من الحالة المرنة إلى الحالة الزجاجية. تشير إلى درجة حرارة انتقال البوليمر غير المتبلور (بما في ذلك الجزء غير المتبلور منه) من الحالة الزجاجية إلى حالة مرنة للغاية، أو من الحالة الزجاجية إلى الحالة شديدة المرونة. وهي أدنى درجة حرارة يمكن عندها للأجزاء الجزيئية الكبيرة للبوليمرات غير المتبلورة أن تتحرك بحرية. يُرمز لها عادةً بـ Tg. وتختلف باختلاف طريقة القياس والظروف.
يُعد هذا مؤشرًا مهمًا لأداء البوليمرات. ففوق هذه الدرجة، يُظهر البوليمر مرونة، بينما يُظهر هشاشةً تحتها. يجب أخذ ذلك في الاعتبار عند استخدامه في البلاستيك والمطاط والألياف الصناعية، إلخ. على سبيل المثال، تبلغ درجة حرارة انتقال الزجاج لكلوريد البولي فينيل 80 درجة مئوية. ومع ذلك، فهي ليست الحد الأقصى لدرجة حرارة تشغيل المنتج. على سبيل المثال، يجب أن تكون درجة حرارة تشغيل المطاط أعلى من درجة حرارة انتقال الزجاج، وإلا سيفقد مرونته العالية.
لأن نوع البوليمر لا يزال محتفظًا بطبيعته، فإن المستحلب له أيضًا درجة حرارة انتقال زجاجي، وهي مؤشر على صلابة طبقة الطلاء التي يشكلها مستحلب البوليمر. يتميز المستحلب ذو درجة حرارة انتقال زجاجي عالية بطبقة ذات صلابة عالية ولمعان عالٍ ومقاومة جيدة للبقع، كما أنه ليس من السهل تلويثه، وبالتالي تكون خصائصه الميكانيكية الأخرى أفضل. ومع ذلك، فإن درجة حرارة انتقال الزجاج ودرجة حرارة تكوين الفيلم الدنيا تكونان مرتفعتين أيضًا، مما يسبب بعض المشاكل عند الاستخدام في درجات الحرارة المنخفضة. وهذا تناقض، فعندما يصل مستحلب البوليمر إلى درجة حرارة انتقال زجاجي معينة، ستتغير العديد من خصائصه بشكل كبير، لذلك يجب التحكم في درجة حرارة انتقال الزجاج المناسبة. فيما يتعلق بالملاط المُعدَّل بالبوليمر، كلما ارتفعت درجة حرارة انتقال الزجاج، زادت قوة ضغط الملاط المُعدَّل. وكلما انخفضت درجة حرارة انتقال الزجاج، كان أداء الملاط المُعدَّل أفضل في درجات الحرارة المنخفضة.
تعريف الحد الأدنى لدرجة حرارة تكوين الفيلم
تعتبر درجة حرارة تشكيل الفيلم الدنيا مهمةمؤشر على جفاف الملاط المختلط
يشير مصطلح MFFT إلى أدنى درجة حرارة تتمتع فيها جزيئات البوليمر في المستحلب بحركة كافية للتكتل مع بعضها البعض لتكوين غشاء مستمر. في عملية تشكيل مستحلب البوليمر لغشاء طلاء مستمر، يجب أن تُشكل جزيئات البوليمر ترتيبًا متراصًا. لذلك، بالإضافة إلى التشتت الجيد للمستحلب، تتضمن شروط تكوين الغشاء المستمر أيضًا تشوه جزيئات البوليمر. أي أنه عندما يُولّد الضغط الشعري للماء ضغطًا كبيرًا بين الجزيئات الكروية، كلما اقتربت الجزيئات الكروية من بعضها، زاد الضغط.
عندما تتلامس الجسيمات مع بعضها البعض، فإن الضغط الناتج عن تطاير الماء يجبر الجسيمات على الانضغاط والتشوه للترابط مع بعضها البعض لتشكيل طبقة طلاء. من الواضح أنه بالنسبة للمستحلبات ذات العوامل الصلبة نسبيًا، فإن معظم جسيمات البوليمر هي راتنجات لدنة بالحرارة، وكلما انخفضت درجة الحرارة، زادت الصلابة وصعوبة تشويهها، لذلك توجد مشكلة الحد الأدنى لدرجة حرارة تكوين الغشاء. أي أنه تحت درجة حرارة معينة، بعد تبخر الماء في المستحلب، لا تزال جسيمات البوليمر في حالة منفصلة ولا يمكن دمجها. لذلك، لا يمكن للمستحلب تكوين طبقة موحدة مستمرة بسبب تبخر الماء؛ وفوق هذه درجة الحرارة المحددة، عندما يتبخر الماء، فإن الجزيئات في كل جسيم بوليمر ستخترق وتنتشر وتتشوه وتتجمع لتكوين غشاء شفاف مستمر. يسمى هذا الحد الأدنى لدرجة الحرارة التي يمكن عندها تكوين الغشاء درجة حرارة تكوين الغشاء الدنيا.
MFFT هو مؤشر مهم لـمستحلب البوليمرمن المهم جدًا استخدام المستحلب خلال فترات انخفاض درجات الحرارة. اتخاذ الإجراءات المناسبة يضمن أن يكون لمستحلب البوليمر درجة حرارة دنيا لتكوين الغشاء تلبي متطلبات الاستخدام. على سبيل المثال، إضافة مُلَيِّن إلى المستحلب يُليِّن البوليمر ويُخفِّض درجة الحرارة الدنيا لتكوين الغشاء بشكل ملحوظ، أو يُعَدِّلها. أما مستحلبات البوليمر ذات درجات الحرارة الأعلى، فتستخدم إضافات، إلخ.
MFFT في لونغومسحوق لاتكس قابل للتشتت VAEتتراوح عادةً بين 0 درجة مئوية و10 درجات مئوية، والأكثر شيوعًا هي 5 درجات مئوية. عند هذه الدرجة،مسحوق البوليمريُظهر غشاءً مستمرًا. على العكس، عند درجة الحرارة هذه، يفقد غشاء مسحوق البوليمر القابل لإعادة التشتت استمراريته ويتكسر. لذلك، تُعدّ درجة حرارة تشكيل الغشاء الدنيا مؤشرًا يُمثل درجة حرارة بناء المشروع. وبشكل عام، كلما انخفضت درجة حرارة تشكيل الغشاء الدنيا، كانت قابلية التشغيل أفضل.
الفرق بين Tg و MFFT
١. درجة حرارة التحول الزجاجي، هي درجة الحرارة التي تلين عندها المادة. تشير هذه الدرجة أساسًا إلى درجة الحرارة التي تبدأ عندها البوليمرات غير المتبلورة باللين. ولا تتعلق هذه الدرجة ببنية البوليمر فحسب، بل بوزنه الجزيئي أيضًا.
2. نقطة التليين
وفقًا لقوى الحركة المختلفة للبوليمرات، يمكن أن تكون معظم مواد البوليمر عادةً في الحالات الفيزيائية الأربع التالية (أو الحالات الميكانيكية): الحالة الزجاجية، والحالة اللزجة المرنة، والحالة شديدة المرونة (الحالة المطاطية)، وحالة التدفق اللزج. الانتقال الزجاجي هو الانتقال بين الحالة شديدة المرونة والحالة الزجاجية. من منظور البنية الجزيئية، تُعد درجة حرارة الانتقال الزجاجي ظاهرة استرخاء للجزء غير المتبلور من البوليمر من الحالة المجمدة إلى الحالة المذابة، على عكس الطور. توجد حرارة تغير الطور أثناء التحول، لذا فهو تحول طور ثانوي (يُسمى التحول الأولي في ميكانيكا ديناميكية البوليمر). تحت درجة حرارة الانتقال الزجاجي، يكون البوليمر في حالة زجاجية، ولا يمكن للسلاسل والأجزاء الجزيئية أن تتحرك. تهتز الذرات (أو المجموعات) التي تُشكل الجزيئات فقط عند مواضع توازنها؛ بينما عند درجة حرارة الانتقال الزجاجي، على الرغم من أن السلاسل الجزيئية لا يمكنها الحركة، إلا أن أجزاء السلسلة تبدأ في الحركة، مما يُظهر خصائص مرنة عالية. إذا ارتفعت درجة الحرارة مرة أخرى، ستتحرك السلسلة الجزيئية بأكملها وتُظهر خصائص التدفق اللزج. تعتبر درجة حرارة انتقال الزجاج (Tg) خاصية فيزيائية مهمة للبوليمرات غير المتبلورة.
درجة حرارة التحول الزجاجي هي إحدى درجات الحرارة المميزة للبوليمرات. وباعتبارها حدًا فاصلًا، تُظهر البوليمرات خصائص فيزيائية مختلفة: فعند انخفاضها، تكون مادة البوليمر بلاستيكية؛ وعند ارتفاعها، تكون مطاطية. ومن منظور التطبيقات الهندسية، فإن الحد الأعلى لدرجة حرارة استخدام البلاستيك الهندسي عند درجة حرارة التحول الزجاجي هو الحد الأدنى لاستخدام المطاط أو الإيلاستومرات.
وقت النشر: 4 يناير 2024