> 지술자료 > 유리전이온도  
 
 

TMA는 측정할 Sample을 가열, 냉각해주거나 일정한 온도로 고정한 상태에서의 Sample Dimension (팽창이나 수축)을 측정함으로써 Polymer의 열적 성질을 알아 볼 수 있는 중요한 Test 중의 하나이며 그 Application은 다음과 같다.

A. 유리 전이 온도(Tg) 측정

온도변화에 따른 팽창률이 급격히 변하는 점이 Tg이다. 따라서 Graph의 기울기 변화가 나타나는 점을 찾으면 Tg값을 구할 수 있다. 일반적으로, Tg이하에서의 Graph 기울기(열팽창계수)를 Alpha 1, Tg이상에서의 Graph기울기를 Alpha2로 규정하고 있다. 참고적으로 Tg는 다른 Thermal Analysis 방법으로도 측정이 가능하나 각 기기의 상대적 민감도에 따라 다음과 같이 차이가 난다.

Tg(DMTA) > Tg(DSC) > Tg(TMA)

B. Polymer Softening Point Study : Compression Force에 의한 Probe Penetration으로 Softening Point를 측정할 수 있다.

 
 
 
고분자의 물질이 온도에 의해 분자들이 활성을 가지며 움직이기 시작하는 시점의 온도를 가리킨다.

일반적으로 저분자 물질은 열을 가하면 고체상에서 액상으로 상 변화를 하게 된다. 하지만 고분자의 경우 이러한 상 변화를 거치기 전에 변화를 보이는 시점이 있는데 이곳이 유리전이 온도이다. 딱딱한 고분자가 이 온도에서 부드러운 고무처럼 변하게 됩니다. 즉 고체에서 액상으로 변화를 하기 전에 탄성을 가진 고무 같은 변화를 갖게 된다. 이 변화를 가지는 시점의 온도를 유리 전이온도라고 한다.

   
 
저분자 화합물은 결정을 가지면서 고체상을 형성을 하게 된다. 결정이라는 것은 분자가 규칙적인 배열을 형성하며 쌓이는 것을 말한다. 하지만 고분자 화합물의 경우 결정성이 그리 좋지 못하다.

이유는 고분자의 분자량이 매우 커서(예: 물의 분자량이 18이면 고분자의 경우 보통 수만~수십만) 규칙적으로 배열을 한다는 것은 매우 어렵다. 즉 엉켜버리기 쉽기 때문이다.

분자량을 실의 길이로 생각을 하면, 분자량이 크다는 것은 실의 길이가 길다는 것이다. 즉 짧은 실보다 긴 실이 엉켜서 규칙적으로 나열하기 힘들다는 것이다.

따라서, 고분자에서는 이처럼 결정을 형성하기 어려운 영역을 무정형(Amorphous)라고 부른다. 고분자는 보통 이런 무정형과 결정형(Crystalline)이 혼재되어 있는 구조를 가지고 있다.무정형은 유리를 생각하면 되고 고분자 물질에 열을 가하면 우선 이 무정형 영역에서 변화를 보이게 된다. 분자들이 열에 의해 활성을 가지면서 점차 움직이기 시작한다. 즉 물성의 변화가 나타나게 되며, 이 온도를 유리전이 온도라고 한다. 아직 고분자는 녹는 시점이 아니라, 단지 고무처럼 탄성을 가진 물질로 변하게 된다는 것이다.

결론적으로, 유리전이 온도는 고분자의 거대 분자량에 의해 결정이 되지 않는 부분에 의해 생기게 되는 것이다.
즉, 고분자의 내열성을 말해주는 중요한 요소이다.

 

유리전이 온도가 높다는 것은 잘 안 녹는다는 걸 의미한다. 플라스틱에서 사용가능 온도가 나타나는 경우 이 온도에 대략 20도정도 높은 온도가 유리전이온도이다. 그리고 보통 유리전이 온도에서 50도이상의 온도가 더 가해지면 흐를 수 있는 유동성이 보이게 된다.

 
하지만, 유리전이 온도를 지나면서 탄성을 가진 고무처럼 변하게 된다. 그 후 계속 열을 가해주면 녹기 시작한다.
 

말 그대로 열에 의해 여러 변화를 측정하여 분석하는 방법이다.

유리전이 온도를 측정할 수 있는 열 분석법으론 대표적으로 DSC(Differential Scanning Calorymeter) DMA(Dynamic Mechancal Analyzer)가 있다. 주로 DSC가 이용이 되고 있다. 이것은 고분자 물질의 열팽창계수를 측정하여 그래프로 보여 준다. 이때 일정하던 열량이 흡열 쪽으로 경사를 지다 다시 일정하게 되는 시점이 나오는데 이것이 유리전이온도 이다. 그후 결정온도(Tc)와 용융온도(Tm)가 나타나게 된다. DSC는 이런 한 전이온도 뿐만 아니라, 각 전이온도에서 필요한 열량까지 나타내주는 장비이다.