고분자 기초 – 고분자는 어떤 특성이 나타날까?
03. 고분자 열적 특성
#유리전이 온도
#용융온도
[1] 고분자의 열적 특성 (유리전이온도, 용융온도)
고분자의 열적 특성중 용융온도랑 유리전이온도, 2가지를 배울 겁니다.
처음에 배우면 많이 헷갈려 하시더라고요.
용융온도이랑 유리전이온도랑 헷갈리시면 절대 안돼요.
[2]유리전이 온도
고분자는 길어서 사슬 전체가 동시에 자리를 옮기기가 쉽지 않아요.
온도가 높아지면, 결정영역은 붙잡혀 있어 움직이기 힘들지만 무정형 영역 사슬은 상대적으로 자유롭죠.
특정 온도를 넘어가면, 무정형 영역의 사슬들은 결정영역에 연결되어 자리를 옮길 수는 없지만 좁은 범위에서 활발하게 움직일 수 있어요.
이러한 온도를 유리전이 온도라고 합니다.
유리전이 온도 이상에서는 외부에서 힘을 가하면 무정형 영역의 사슬들이 움직여 적절히 대응할 수 있죠
마치, 부드러운 고무와 같은 고무상이 나타납니다.
하지만, 하필이면 이름이 유리전이 온도일까요?
유리전이온도 이상에서 무정형 영역(amorphous) 사슬의 움직임 (좁은 범위에서 활발히 움직임)
추운 날 집 밖에 나가기 보다는 집안에서 가만히 있는 게 최고죠.ㅎㅎ 고분자도 마찬가지입니다.
유리전이온도 밑으로 내려가면, 무정형 영역 사슬의 움직임이 급격히 줄어요.
마치 사슬이 얼어있는 것처럼 움직임이 급격히 둔해진 상태에서 외부에서 힘을 줘보세요.
사슬이 움직임이 둔하기에 외부힘에 적절히 대응하지 못하고 잘 깨져버리네요.
유리전이온도 밑으로 내려가니까, 유리같이 잘 깨져 버리네요.
이러한 상태를 유리상이라 하며, 고무상에서 유리상으로 전이한다고 해서 유리전이온도라고 불러요.
아래의 실험동영상(40초-50초)을 보면 잘 늘어나는 고무장갑이라도 유리전이온도 이하로 내려가면 잘 깨져버리죠. 온도에 따른 고무장갑의 물리적인 성질 변화 (40초-50초)
저분자 물질은 고체에서 용융상태(액체)로 넘어갈 때 녹는점만 존재합니다.
고분자는 유리전이온도(glass transition temperature)도 추가되죠.
추운 겨울날 플라스틱 대야를 오랫동안 바깥에 두는 경우 여름철에 비해 잘 깨지는 이유도
유리전이온도로 설명할 수 있어요.
[3] 용융온도
유리전이온도를 넘어 온도를 계속 올리면 사슬운동이 활발해지면서 마침내 결정구조까지 모두 무너지게 됩니다.
이때 온도를 용융온도라고 해요.
용융온도 이상 온도가 올라가면, 고분자는 녹아서 흐르기 시작하죠.