유리전이온도(Tg, glass temperature) 란?

 

1. 유리전이온도(Tg, glass temperature) 정의

 

일반적으로 *고분자 물질은 결정 영역과 비결정 영역이 함께 존재한다.

 

그 이유는 고분자 물질은 분자량이 매우 높으므로, 전 영역에서 규칙적인 결정 배열이 되는게 어렵기 때문이다.

 

유리전이온도(Tg)란 이러한 비결정성 또는 부분 결정성인(비결정+결정) 고분자 물질에 대해,

비결정 영역의 분자들이 활성을 가지며 움직이기 시작하는 시점의 온도를 의미한다.

 

즉, 유리전이온도(Tg)는 고분자 사슬이 움직이기 시작하여 분자의 운동상태가 변화하는 온도로써,

딱딱한 유리질 상태(glassy state)에서 고무 상태(rubbery state)로 *전이가 시작되는 온도로 정의할 수 있다.

 

* 고분자(Polymer) 란?

- 저분자들이 거대하게 결합한 사슬구조 (무정형 영역 + 결정영역) 이다.

 

* 전이(Transition) 란?

- 한 상태, 형태, 활성, 또는 장소 등이 다른 것으로 바뀌는 동작, 과정, 또는 순간을 의미한다.

 

 

결정질 영역에서는 Tg가 관찰되지 않는 이유는 무엇일까?

 

결정을 형성한 고분자 사슬은 움직이기 매우 힘들기 때문이다.

 

즉, 결정질 고분자도 Tg는 존재하나, 움직이며 발생하는 열량이 적기 때문에 관찰하기 힘든 것이다.

 

반대로 결정화된 영역은 Tm(용융점)의 발열 피크를 만들어낸다.

 

비결정성 영역만 있으면 Tm 피크가 관찰되지 않는다.

 

 

* 참조 : 고체상의 종류

고체상의 종류 (비결정, 결정, 반결정)

 

* 참조 : 시차주사열량계

 

시차주사열량계(Differential Scanning Calorimeter, DSC) 원리

 

 

 

 

2. 유리전이온도와 브라운 운동의 상관관계

고분자에서는 비결정성 영역의 부분사슬(*Segment)이 *브라운 운동이 보이기 시작하는 온도를 Tg로 정의 가능하다.

 

즉, 분자 내 결합 또는 세그먼트(segment)의 회전에 의해 발생하는 열운동을 의미한다.

 

출저 : TA instrument Korea

 

* 세그먼트(Segment) 란?

- 고분자를 여러 개의 구성단위로된 부분사슬의 반복으로 간주하였을 때의 부분사슬

 

* 브라운 운동(Micro-Brownian motion) 이란?

- 액체나 기체 속에서 미소입자들이 불규칙하게 운동하는 현상이다.

- 고분자에서는 '사슬분자가 유리전이온도 이상에서 하는 분자 내의 열운동'으로 정의할 수 있다.

- 이에 의해 사슬분자는 여러가지 형태를 취할 수 있으며, 고무 모양 탄성과 같은 고분자 물질의 고탄성도 이 열운동에 의해 발생한다.