Tác động của cấu trúc phân tử lên nhiệt độ chuyển thủy tinh Tg

Vietrubber - Ống cao su rót xi măng

Giá trị Tg có liên quan tới tính uốn dẻo của phân tử, nó được xác định bởi hàng rào năng lượng cản trở sự quay quanh các liên kết cộng hóa trị của mạch chính (ΔU). Vật liệu đàn hồi được đặc trưng bởi giá trị ΔU thấp, dẫn đến Tg thấp. Một vài ví dụ về các chuỗi polymer có tính uốn dẻo cao như: polydimethyl syloxane có Tg khá thấp = -125^oC; polyethylene có Tg = –90°C. Tính uốn dẻo phân tử phụ thuộc vào cấu trúc phân tử, tương tác liên phân tử, thành phần và vị trí của các nhóm nhánh và trạng thái chuyển tiếp từ homopolymer thành copolymer.

So sánh giá trị Tg của các polymer cis- và trans- cho thấy có sự khác biệt giữa chúng. Các đồng phân trans có mức độ kết tinh cao hơn, và sự xuất hiện của pha kết tinh (ở hàm lượng cao của nó) có thể dẫn đến sự tăng Tg của pha vô định hình. Kết quả là sự khác biệt Tg có thể khá lớn. Ví dụ đối với polybutadiene, Tg của 1,4-cis- là -105^oC, Tg của 1,4-trans- là -80^oC; còn đối với polyisoprene Tg của 1,4-cis- là -73^oC, Tg của 1,4-trans- là -60^oC.

Ngoài ra, sự khác biệt của Tg cũng được xác định bằng thực nghiệm trong một số trường hợp do hàm lượng khác biệt của các đơn vị 1,2- và 3,4- trong các polymer so sánh. Sự xuất hiện của các đơn vị 1,2- và 3,4- có tác động lớn lên Tg do chúng tăng kích thước nhánh, làm giảm tính uốn dẻo của các chuỗi. Ví dụ, 1,2-polybutadiene có Tg = -5^oC; đối với polyisoprene chứa 20-25% đơn vị 1,2- và 70-75% đơn vị 3,4- có Tg = 12^oC.

Sự tạo vòng cũng làm giảm tính uốn dẻo phân tử, dẫn đến sự tăng Tg đáng kể. Ví dụ, đối với 1,4-cis-polybutadiene giá trị của Tg có thể tăng khoảng 100-150^oC do sự tạo vòng dưới tác động của áp suất và nhiệt độ cao. Sự halogen hóa (clo hóa, brom hóa, flo hóa) vật liệu đàn hồi cũng dẫn đến sự tăng Tg, vượt quá nhiệt độ phòng. Sự tăng Tg của ebonite không chỉ phụ thuộc vào việc tăng mật độ của mạng lưới mà còn phụ thuộc vào sự thay đổi cấu trúc chuỗi cao su.

Tham khảo từ tài liệu Low-Temperature Behaviour of Elastomers, M.F. Bukhina, S.K. Kurlyand, CRC Press, 2007, trang 30 - 32

(vtp-vlab-caosuviet)

Vietrubber company - Đệm cao su dao cắt biên tôn