결정화/결정화도

결정화는 고체의 구조의 정렬 정도를 가리킵니다. 결정에서, 원자나 분자의 배열은 일관되고 반복적입니다. 유리 세라믹과 일부 폴리머와 같은 많은 재료들은 결정과 무정형 영역의 혼합물을 만들 수 있습니다.. 
그러나, 심지어 완전히 결정적인 재료에도, 구조적인 완성도는 다양할 수 있습니다. 
예를 들어, 대부분의 금속 합금은 결정체이지만, 대개 많은 개별의 결정 영역(결정립 또는 결정체)을 구성합니다. 
결정립 경계로 분리된 다양한 방향에서, 다른 결정학적 결함을 포함하고 있습니다. 이는 구조적 완성도를 떨어뜨립니다.큰 단일 결정(즉, 결정립 경계가 없음)을 가진  
가장 완벽한 결정체는 반도체 전자 제품을 위해 생산되는 실리콘 불(Boule)입니다. 이들은 거의 전위가 없으며 결함 원자의 농도를 정밀하게 제어합니다. 
고분자의 결정화는 일부 열가소성 수지에서 관찰될 수 있습니다. 고분자 용융체가 응고되면 고분자의 분자 사슬이 부분적으로 정렬됩니다. 결정핵에 기초하여, 분자 사슬이 함께 접히고 라멜라라고 불리는 정렬된 영역을 형성합니다.

결정화도

플라스틱의 성질은 결정화도에 의해 크게 영향을 받습니다. 결정화도가 높을수록 더 단단하고 강하면서도 더 부서지기 쉽습니다. 
결정화도는 화학 구조와 열이력의 영향을 받습니다. 예를 들어 가공 또는 열 처리 시 냉각 조건과 같은 열이력의 영향을 받습니다. 
결정화도 K를 결정하기 위해 측정된 용융 엔탈피 ΔHmeas는 100% 완전 결정 물질에 대한 용융 엔탈피의 문헌 값 ΔHlit으로 계산됩니다. 
K = ΔHmeas / ΔHlight 

열 이력: 열 또는 기계적 이력은 DSC 측정의 첫 번째 가열 곡선에 표시됩니다. 두 번째 가열 곡선은 주어진 동적 조건에서 재료 특성을 결정하는 데 사용됩니다. 

결정성의 정도는 경도, 밀도, 투명도, 확산에 상당한 영향을 미칩니다. 
그러나, 위의 성질은 결정성의 정도뿐만 아니라 구조 단위의 크기나 분자 배향에 의해서도 결정됩니다. 

Application Examples

고분자의 결정화도 결정

저밀도 폴리에틸렌(LDPE), 고밀도 폴리에틸렌(HDPE) 및 폴리프로필렌(PP)의 용해 거동은 그림 1과 같습다. 
피크 온도는 고분자와 고분자 복합체를 식별하는 데 도움이 됩니다. 
피크 영역은 용융 엔탈피를 나타냅니다. 
실험을 통해 측정된 값을 기초하여, 결정화도는 Proteus 소프트웨어를 통해 결정할 수 있습니다. 
100% 결정 PE의 용해 엔탈피는 293 J/g이고 PP의 경우 207 J/g입니다. 위의 식K = ΔHmeas / ΔHlight에 적용하면 LDPE의 경우 46.5%의 결정이 생성되었고, HDPE는 74.2%이고 PP는 48.8%의 결정이 생성되었습니다. 

그림 1: 질소 대기(40ml/min)에서 10K/min의 가열 속도에서 RT와 200°C 사이의 다양한 고분자에 대한 결정화도 결정. 이 측정은 Pierced lids를 이용한 알루미늄 도가니를 사용하여 DSC 204 F1 Phoenix®로 측정되었습니다.그림 1: 질소 대기(40ml/min)에서 10K/min의 가열 속도에서 RT와 200°C 사이의 다양한 고분자에 대한 결정화도 결정. 이 측정은 Pierced lids를 이용한 알루미늄 도가니를 사용하여 DSC 204 F1 Phoenix®로 측정되었습니다.

재결정화 후의 결정화도 결정

[PET의 결정도 K의 계산은 아래 그림 2와 같습니다. 
이때 용해된 엔탈피 영역인 ΔHm(42.83 J/g) 는 재결정 후 엔탈피 영역인 ΔHc(40.29 J/g)를 제외한 값을 140 J/g의 문헌 값으로 나눕니다. 
PET의 결정화 정도 K는 1.8%가 됩니다. 

Application Note

그림 2: RT와 300°C 사이의 온도 범위에서 PET의 재결정화 후 결정화 정도, K 계산. 이 샘플은 Pierced lids를 이용한 알루미늄 도가니를 이용하여 10K/min의 승온속도로 측정되었습니다.그림 2: RT와 300°C 사이의 온도 범위에서 PET의 재결정화 후 결정화 정도, K 계산. 이 샘플은 Pierced lids를 이용한 알루미늄 도가니를 이용하여 10K/min의 승온속도로 측정되었습니다.

관련 측정법

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