Krystalizacja

Krystalizacja to fizyczny proces twardnienia w wyniku tworzenia się i wzrostu kryształów. Podczas tego procesu uwalnia się ciepło krystalizacji. 

Podczas wzrostu kryształów w specjalnych warunkach, można przyspieszyć proces krystalizacji. 

Krystalizacja może nastąpić z fazy gazowej, ciekłej lub stałej. Przykładami są krzepnięcie stopu po schłodzeniu poniżej temperatury topnienia, krystalizacja z nasyconego roztworu, kondensacja z fazy gazowej, przemiana fazowa wewnątrz substancji stałych (polimorfizm) i tworzenie produktów krystalicznych w reakcjach w stanie stałym, a także krystalizacja substancji amorficznych w odpowiednich warunkach. 

Polimorfizm: Polimorfizm definiuje się jako występowanie substancji w różnych postaciach ciała w stanie stałym, które mają one ten sam skład chemiczny, ale wykazują różnice w strukturze krystalicznej, a tym samym we właściwościach fizycznych, a także w pewnym stopniu chemicznych. 

Krystalizacja zobrazowana na krzywej chłodzenia w czasie pomiaru DSC charakteryzuje temperaturową ewolucję procesu krystalizacji poprzez zmianę entalpii (ciepła krystalizacji) od stanu ciekłego, amorficznego (niekrystalicznego) stanu do stałego (krystalicznego lub w części krystalicznego) w skutek zachodzącej przemiany fazowej. 

Krystalizacja wpływa na właściwości optyczne, mechaniczne, termiczne i chemiczne substancji oraz na sposób jej przetwarzania. 

Przykład

Warunki chłodzenia

Rys.1: zeszklenie, zimna krystalizacja i topienie przy pomiarze ze stałą szybkością grzania 10K/min tej samej próbki ale uprzednio schładzanej z różnymi szybkościami chłodzenia.Rys.1: zeszklenie, zimna krystalizacja i topienie przy pomiarze ze stałą szybkością grzania 10K/min tej samej próbki ale uprzednio schładzanej z różnymi szybkościami chłodzenia.

Pomiary DSC pokazują efekt odszklenia w zakresie temperatur  (T: 75°C do 85°C), zimną krystalizację (około 150°C) i efekty topnienia (około 250°C) w zależności od uprzedniego schładzania (krystalizowania próbki) z różną dynamika czyli przy różnych szybkościach chłodzenia przed właściwym pomiarem w czasie grzania z szybkością 10K/min . Dla osiągniecia zadanych szybkości chłodzenia w czasie procesu krystalizacji Netzsch DSC 204 F1 było wyposażone w zewnętrzny system chłodzenia mechanicznego - intracooler. 

Politereftalan etylenu (PET) jest semikrystalicznym tworzywem termoplastycznym o stosunkowo niskiej szybkości krystalizacji. „Wysokie” szybkości chłodzenia prowadzą do wytwarzania rozległych obszarów amorficznych w strukturze tego materiału, co zobrazowane jest wzrostem ∆c przy odszkleniu i występowaniem coraz silniejszego procesu wtórnej krystalizacji (tzw. zimnej) podczas ponownego ogrzewania próbki. 

W przeciwieństwie do tego, niskie szybkości chłodzenia prowadzą do zwiększenia udziału fazy krystalicznej, która ma szansę wytworzyć się podczas procesu chłodzenia. Skutkuje to mniejszym udziałem fazy amorficznej (zmniejszenie się efektu odszklenia na krzywych DSC) oraz w skrajnej sytuacji, brakiem jakiejkolwiek wtórnej krystalizacji


Powiązane metody

DSC