E4 Teilkristallinität: Sphärolithe und Lamellen

Thema

Im Gegensatz zu einem keramischen Material, dessen geordnete Struktur sich wie ein perfekter Kristall über das gesamte Volumen erstreckt, oder Glas, dessen Struktur vollständig amorph bleibt, ordnet dieses Polymer seine geordneten Bereiche in dünne kristalline Lamellen an – Schichten von Molekülketten, die sich innerhalb einer reduzierten Lamellendicke übereinander falten – und gruppiert diese dünnen kristallinen Lamellen, die radial von einem einzigen Nukleationszentrum ausgehen, zu Sphärolithen. Diese Sphärolithe sind wiederum in eine amorphe Matrix eingebettet, die den restlichen Teil des Polymervolumens einnimmt. Die Tatsache, dass dieses Polymer innerhalb jedes Sphärolithen eine größere Anzahl dieser dünnen kristallinen Lamellen ausbildet, bedeutet, dass der Volumenanteil, der von diesen Sphärolithen im Vergleich zur amorphen Matrix eingenommen wird, folglich größer ist.

Die gemessene Dichte dieses Polymers, die umso höher ist, je größer der Volumenanteil der Sphärolithe und dünnen kristallinen Lamellen im Vergleich zur amorphen Matrix ist, bestimmt im Vergleich mit der Referenzdichte eines vollständig amorphen und eines vollständig kristallinen Polymers den Kristallinitätsgrad dieses Polymers. Derselbe Kristallinitätsgrad, experimentell mittels einer anderen Methode unter Verwendung der Schmelzenthalpie, die den entsprechenden kalorimetrischen Peak darstellt, bestimmt, definiert auch ein weiteres Modell dieser Struktur. Die Tatsache, dass diese gemessene Dichte des Polymers näher an der Referenzdichte eines vollständig kristallinen Polymers liegt, bedeutet, dass dieser mittels Dichtemessung bestimmte Kristallinitätsgrad folglich höher ist, was mit dem Ergebnis der Messung derselben Schmelzenthalpie mittels der anderen kalorimetrischen Methode übereinstimmt.

Dieses Modell, mit den Sphärolithen und dem Kristallinitätsgrad, mit dem es geöffnet wurde, bewirkt daher, dass die Gleichgewichtslamellendicke dieser dünnen kristallinen Lamellen, die gemäß dem Gibbs-Thomson-Effekt und der Hoffman-Weeks-Beziehung festgelegt ist, den beobachteten Schmelzpunkt dieses Polymers bestimmt: Eine geringere Gleichgewichtslamellendicke legt pro Volumeneinheit dieser dünnen kristallinen Lamellen eine größere Oberfläche zwischen der kristallinen Phase und der sie umgebenden amorphen Matrix frei, und diese größere Oberfläche senkt gemäß demselben Gibbs-Thomson-Effekt den beobachteten Schmelzpunkt unter den Schmelzpunkt, der einem Kristall dieses Polymers von unendlicher Dicke entsprechen würde. Die Tatsache, dass diese Gleichgewichtslamellendicke, die kinetisch während der Kristallisation dieses Polymers entsteht und in einem anderen Modell dieser Reihe detaillierter beschrieben wird, größer ist, führt dazu, dass die beobachtete Schmelzpunkterniedrigung gemäß der Hoffman-Weeks-Beziehung folglich kleiner ausfällt und sich der beobachtete Schmelzpunkt demjenigen eines Kristalls unendlicher Dicke annähert, zu dem keines der beiden Vergleichsmaterialien, mit denen dieses Modell erstellt wurde – weder der perfekte Keramikkristall noch das völlig amorphe Glas – etwas Ähnliches aufweist.

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