Polümeeride amorfse faasi eksperimentaalne kirjeldus (0)

TALLINNA TEHNIKAÜLIKOOL

Keemia- ja materjalitehnoloogia teaduskond
Polümeermaterjalide instituut
Polümeeride tehnoloogia õppetool
Polümeeride amorfse faasi
eksperimentaalne kirjeldus

Referaat

Üliõpilane: Karin Kinna

Üliõpilaskood: 072239
Juhendaja : professor Andres Krumme

Tallinn

2011
Amorfset faasi polümeerides iseloomustab kaugkorrastatuse puudumine. See tähendab, et makromolekulide ruumilises paiknemises puudub regulaarsus, orientatsioon või ahelaosade konstantne vahekaugus. Korrastatuse puudumise tõttu ei hajuta ainult amorfsest faasist koosnevad polümeerid nähtavat valgust (lainepikkus 0,4 – 0,7 μm) ja seetõttu on need materjalid tavaliselt läbipaistvad ja kirkad. Kuna nii sulanud (amorfsete) kui ka tahkestunud (amorfsete) makromolekulide struktuur on sarnane, siis nimetatakse amorfset faasi ka allajahutatud või tahkestunud sulamiks. Siiski, erinevalt tahkestunud sulamist saavad sulas olekus liikuda terved makromolekulid või nende pikemad segmendid .
Polümeeride superstruktuuride morfoloogia uurimise peamiseks meetodiks on polarisatsioon (valgus) mikroskoopia (PLM – Polarised Light Microscopy).
Polarisatsioonmikroskoopias paikneb proov kahe polarisaatori vahel, mille polarisatsioonitasapinnad paiknevad 90º nurga all. See tähendab, et esimese polarisaatori läbinud valgus neeldub täielikult teises polarisaatoris. Kui aga kahe polarisaatori vahel on (kristalne) aine, mis suudab seda läbiva valguse võnketasapinda muuta, võib valgus ka teise polarisaatori läbida ja anda kujutise.
Paralleelne valgusvoog läbib polarisaatori ja koondatakse läätse abil õhukesele proovi lõikele .Objektiivis toimub kujutise suurendamine, proovist lähtuv valgus läbib teise eelnevaga risti olevapolarisaatori ehk analüsaatori , saadud kujutis suunatakse läätse abil okulaari või mikroskoobikaamerasse. Vahel kasutatakse lisaks analüsaatorile veel ühte polarisaatorit (5a) mida nimetatakse ka 1/4 laine plaadiks või analüsaatoriks. Erinevalt lineaarsetest polarisaatoritest tekitab analüsaator ringpolarisatsiooni, mille tulemusena tekib kujutis, kus erinevad faasid on värvilisena esile toodud. PLM minimaalne lahutusvõime on piiratud nähtava valguse lainepikkusega ja on ligikaudu 1 μm. Ka vajab läbivas valguses töötav PLM kvaliteetse kujutise saamiseks õhukesi, siledapinnalisi materjali lõikeid (tavaliselt 1 – 5 μm), kuna valgusmikroskoobi sügavusteravus on väike. PLM võimaldab hinnata superstruktuuride kuju, arvu, ringide või Malta risti esinemist ja defekte.
Teine oluline ja suhteliselt lihtne superstruktuuride morfoloogia uurimise meetod on väikenurkvalgushajumine
(SALS – Small-Angle ( Laser ) Light Scattering). Sarnaselt PLM-ga vaadeldakse õhukest polümeeri lõiget (10 – 50 μm) mis paikneb ristatud polarisatsioonitasanditega polarisaatori ja analüsaatori vahel.
Erinevalt valgusmikroskoopiast kasutatakse selle meetodi puhul monokromaatilist laserkiirgust, mis kitsa kimbuna läbi proovi suunatakse. Proovi taha kaugusele l on paigutatud ekraan , millel polariseeritud ja proovis hajunud laserkiirgus tekitab spetsiifilise kujundi. Kui proov sisaldab sümmeetrilisi superstruktuure, nagu sferoliidid, tekib ekraanile nelja sümmeetriliselt paigutunud ovaaliga kujutis
Kui tegemist on orienteeritud või ebasümmeetriliste superstruktuuridega, on kujutis mingis suunas välja venitatud. Kristalliinse, kuid väljakujunemata superstruktuuridga materjali korral tekib ringikujuline SALS pilt. Amorfse polümeeri korral kujutist ei teki.
Skaneeriv elektronmikroskoopia (SEM – Scanning Electron Microscopy) võimaldab vaadelda nii lamellide kogumikke kui ka superstruktuure. Seadmel on valgusmikroskoobist oluliselt parem lahutusvõime ja sügavusteravus kuid proovi ettevalmistus on keerulisem, kuna selle pind peab olema muudetud voolujuhtivaks.
Skaneeriv elektronmikroskoopia
• Töö toimub vaakumis (10-4 mm/Hg või alla selle)
• Lahutusvõime pinnal: kuni 50 Å
• Suurendus kuni ca 100 000 korda
SEM kujutis: tindikiri paberil :
Aatomjõudmikroskoopia (AFM – Atomic -Force Microscopy) on uusim meetod polümeeride morfoloogia uuringutes, võimaldab uurida nii kristalliite kui ka superstruktuure ja erinevaid polümeeri pinna omadusi. Vajab suhteliselt tasase pinnaga proove.
AFM - non-contact mode :
Aatomjõud mikroskoobi skeem:
Single polymer chains (0.4 nm thick) recorded in a tapping mode under aqueous media with different pH. [ 2 ] Aatomjõud mikroskoobiga registeeritud polümeeri ahelate (0,4 nm paksune) kujundid erineva pH-ga vesikeskkonnas:
Kasutatud kirjandus:
A.Krumme ,,Polümeeride füüsika, mehaanika ja testimine“
http://www.physic.ut.ee