E5 Glasübergang (Tg): Abhängigkeit vom Molekulargewicht und der Mischung

Thema

Das Molekulargewicht dieses Polymers – das gleiche Molekulargewicht, das ein anderes Modell dieser Reihe auf Basis der Kettenlängenverteilung dieses Polymers ermittelt – bestimmt gemäß der Fox-Flory-Beziehung die Glasübergangstemperatur dieses Polymers: Jedes Kettenende trägt in seiner Umgebung zu einem Überschuss an freiem Volumen bei, der nicht von einem Segment im Inneren derselben Kette beigetragen wird. Je niedriger das Molekulargewicht, desto mehr Kettenenden befinden sich pro Masseneinheit dieses Polymers und desto größer ist folglich dieser gesamte Überschuss an freiem Volumen. Ein höheres Molekulargewicht dieses Polymers bedeutet gemäß derselben Fox-Flory-Beziehung, dass sich diese Glasübergangstemperatur, da weniger Kettenenden zu diesem Überschuss an freiem Volumen pro Masseneinheit beitragen, einem oberen Grenzwert annähert.

Da dieses Polymer mit einer zweiten Komponente gemischt ist und nicht die gesamte Probe allein bildet, wird die Glasübergangstemperatur dieser Mischung gemäß der Fox-Regel durch das Verhältnis der beiden Komponenten in der Mischung bestimmt. Die Fox-Regel kombiniert die Glasübergangstemperatur des reinen Polymers mit der Glasübergangstemperatur der zweiten Komponente, wobei jede Komponente entsprechend ihrem Massenanteil im Gemisch gewichtet wird. Ein höherer Massenanteil des Polymers im Gemisch bedeutet, dass die Glasübergangstemperatur des Gemisches gemäß der Fox-Regel näher an der Glasübergangstemperatur des reinen Polymers liegt.

Dieses Modell, das die Glasübergangstemperatur und deren Abhängigkeit vom Molekulargewicht sowie der Mischung, in der es erstellt wurde, beschreibt, zeigt, dass die Anwesenheit eines zwischen den Molekülketten dieses Polymers gelösten Weichmachers gemäß der Gordon-Taylor-Beziehung zu einer Erniedrigung dieser Glasübergangstemperatur führt: Jedes Weichmachermolekül, das deutlich kleiner und beweglicher als die Polymerketten ist, lagert sich zwischen diese ein und trägt – analog zum freien Volumen an jedem Kettenende im freien Volumenmechanismus, der dem Glasübergang eines anderen glasartigen Materials durch ein anderes Modell zugrunde liegt – zu einem Überschuss an zusätzlichem freien Volumen bei, der die Glasübergangstemperatur folglich senkt. Eine höhere Konzentration dieses Weichmachers im Polymer bedeutet gemäß der Gordon-Taylor-Beziehung eine entsprechend stärkere Erniedrigung der Glasübergangstemperatur.

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