पॉलीमर के भौतिक गुण
पॉलीमर के भौतिक गुण आणविक संरचना—श्रृंखला की लंबाई, लचीलापन और संकुलन—को तापीय, यांत्रिक और रूपात्मक व्यवहार से जोड़ते हैं जो एक भंगुर कांच को एक कठोर प्लास्टिक या एक नरम इलास्टोमर से अलग करता है।
Definition
पॉलीमर के भौतिक गुण किसी पॉलीमर की तापीय, यांत्रिक और रूपात्मक विशेषताएँ हैं जो किसी व्यक्तिगत प्रतिक्रिया के रसायन विज्ञान के बजाय उसकी श्रृंखलाओं के आकार, लचीलेपन, नियमितता और संकुलन से उत्पन्न होती हैं।
Scope
यह क्षेत्र ठोस और पिघले हुए पॉलीमर के संरचना-गुण संबंधों को शामिल करता है: मोलर द्रव्यमान और उसके वितरण की परिभाषाएँ और माप, कांच संक्रमण और अन्य तापीय संक्रमण, क्रिस्टलीयता और लैमेला और स्फेरुलाइट्स की अर्ध-क्रिस्टलीय आकृति विज्ञान, और विस्कोइलास्टिक तथा अंतिम यांत्रिक गुण। यह श्रृंखला रसायन विज्ञान को थोक प्रदर्शन और उन तापमान सीमाओं से जोड़ता है जिनमें सामग्री को संसाधित और उपयोग किया जाता है।
Sub-topics
Core questions
- मोलर द्रव्यमान और उसका वितरण शक्ति, कठोरता और पिघलने की प्रक्रियाशीलता को कैसे नियंत्रित करता है?
- कौन से आणविक कारक कांच संक्रमण तापमान को निर्धारित करते हैं?
- कुछ पॉलीमर क्रिस्टलीकृत क्यों होते हैं और कैसे होते हैं जबकि अन्य अनाकार रहते हैं?
- विस्कोइलास्टिकता समय- और तापमान-निर्भर यांत्रिक प्रतिक्रिया को कैसे नियंत्रित करती है?
Key theories
- समय-तापमान सुपरपोज़िशन (डब्ल्यूएलएफ)
- कांच संक्रमण के पास और ऊपर, विभिन्न तापमानों पर विस्कोइलास्टिक प्रतिक्रिया को विलियम्स-लैंडेल-फेरी समीकरण द्वारा वर्णित क्षैतिज बदलावों द्वारा सुपरपोज़ किया जा सकता है, ताकि कम तापमान पर अल्पकालिक व्यवहार उच्च तापमान पर दीर्घकालिक व्यवहार को दर्शाता है।
- कांच संक्रमण का मुक्त-आयतन सिद्धांत
- कांच संक्रमण उस तापमान से जुड़ा है जिस पर बड़े पैमाने पर खंडीय गति के लिए मुक्त आयतन अपर्याप्त हो जाता है, यह तर्कसंगत बनाता है कि प्लास्टिसाइज़र, मोलर द्रव्यमान और शीतलन दर संक्रमण को कैसे बदलते हैं।
Mechanisms
एक पॉलीमर का व्यवहार श्रृंखला कनेक्टिविटी, खंडीय गतिशीलता और संकुलन की परस्पर क्रिया को दर्शाता है। लंबी श्रृंखलाएँ उलझ जाती हैं, जिससे एक महत्वपूर्ण मोलर द्रव्यमान से ऊपर पिघलने की लोच और ठोस कठोरता मिलती है। कांच संक्रमण से नीचे, खंडीय गति जमी हुई होती है और सामग्री एक कठोर कांच होती है; इसके ऊपर, खंड गति करते हैं और अनाकार क्षेत्र रबर जैसे हो जाते हैं। नियमित श्रृंखलाएँ क्रिस्टलीय लैमेला में मुड़ सकती हैं जो स्फेरुलाइट्स में व्यवस्थित होती हैं, जबकि अनियमित या भारी श्रृंखलाएँ अनाकार रहती हैं। परिणामी द्वि-प्रावस्था या एकल-प्रावस्था आकृति विज्ञान, विस्कोइलास्टिक विश्राम के साथ मिलकर, कठोरता, शक्ति और कठोरता निर्धारित करता है।
Clinical relevance
ये संरचना-गुण संबंध सामग्री के चयन और प्रसंस्करण को नियंत्रित करते हैं: कांच संक्रमण और गलनांक सेवा तापमान सीमा और प्रसंस्करण स्थितियों को निर्धारित करते हैं, मोलर द्रव्यमान प्रवाह के विरुद्ध शक्ति को संतुलित करता है, और क्रिस्टलीयता कठोरता और अवरोध गुणों को पारदर्शिता और कठोरता के विरुद्ध व्यापार करती है। वे बताते हैं कि कैसे एक ही मोनोमर सूक्ष्म संरचना के आधार पर एक पैकेजिंग फिल्म, एक फाइबर, या एक इंजीनियरिंग भाग उत्पन्न कर सकता है।
History
भौतिक पॉलीमर विज्ञान मध्य शताब्दी के बाद परिपक्व हुआ जब पॉलीमर की श्रृंखला प्रकृति, जिसे स्टॉडिंगर और फ्लोरी द्वारा स्थापित किया गया था, को थोक व्यवहार से जोड़ा गया: विस्कोइलास्टिक शिफ्टिंग के लिए डब्ल्यूएलएफ समीकरण 1955 में प्रकाशित हुआ था, केलर द्वारा 1957 में श्रृंखला-मुड़ी हुई क्रिस्टलीय लैमेला की पहचान की गई थी, और फेरी द्वारा विस्कोइलास्टिकता को व्यवस्थित किया गया था, जिससे आधुनिक संरचना-गुण ढांचा स्थापित हुआ।
Key figures
- Paul Flory
- John Ferry
- Malcolm Williams
- Robert Landel
- Andrew Keller
Related topics
Seminal works
- sperling2006
- hiemenz2007
Frequently asked questions
- यांत्रिक गुणों के लिए मोलर द्रव्यमान इतना महत्वपूर्ण क्यों है?
- एक महत्वपूर्ण मोलर द्रव्यमान से ऊपर, श्रृंखलाएँ उलझ जाती हैं, अणुओं के बीच तनाव संचारित करती हैं और कठोरता तथा पिघलने की शक्ति प्रदान करती हैं। इससे नीचे, सामग्री भंगुर और कमजोर होती है, इसलिए मोलर द्रव्यमान को प्रसंस्करण की आसानी के विरुद्ध शक्ति को संतुलित करने के लिए समायोजित किया जाता है।
- कांच संक्रमण और गलनांक में क्या अंतर है?
- कांच संक्रमण अनाकार क्षेत्रों का धीरे-धीरे नरम होना है क्योंकि खंडीय गति शुरू होती है, जिसमें कोई गुप्त ऊष्मा नहीं होती है। गलनांक एक तेज तापमान पर क्रिस्टलीय क्रम का प्रथम-क्रम गायब होना है। एक अर्ध-क्रिस्टलीय पॉलीमर में दोनों होते हैं।