결정화도의 뜻
결정성 고분자에서 결정 부분이 차지하는 비율. 밀도, DSC의 융해열, XRD 등으로 구하며, 높을수록 밀도와 탄성률이 오르고 투명성은 떨어진다.
일본어 명칭: 結晶化度
‘결정화도’ 관련 연습 문제는 2개 분야에 4문제가 있습니다(고분자·복합재료, 생체 재료 등).
이 용어의 분야: 고분자·복합재료
결정화도 연습 문제에 도전
폴리에틸렌의 완전 결정의 밀도를 1.000 g/cm³, 완전 비정질의 밀도를 0.850 g/cm³라고 한다. 밀도 0.925 g/cm³인 시료의 결정화도(질량 분율)에 가장 가까운 것은 무엇인가?
- A약 46%
- B약 50%
- C약 54%
정답과 해설 보기
정답: C. 약 54%
결정부와 비정질부의 부피가 더해진다고 하면, 질량 기준의 결정화도는 Xc = ρc(ρs − ρa)/[ρs(ρc − ρa)] = 1.000 × (0.925 − 0.850)/[0.925 × (1.000 − 0.850)] = 0.075/0.13875 ≈ 0.54, 즉 약 54%입니다. 약 50%는 (ρs − ρa)/(ρc − ρa)로 구한 부피 분율로, 질량 분율과는 밀도의 비만큼 다릅니다. 약 46%는 비정질부의 질량 분율(1 − 0.54)입니다. 밀도법은 간편한 결정화도 측정법이며, DSC의 융해열이나 X선 회절의 결정 피크 면적의 비로부터도 결정화도를 구할 수 있습니다. 완전 결정의 밀도는 결정 구조의 격자 상수로부터 계산할 수 있습니다.
같은 종류의 고분자에서 결정화도가 높아지면 일반적으로 어떻게 되는가?
- A밀도와 탄성률이 올라가고, 투명성은 떨어진다
- B밀도는 떨어지고, 탄성률은 올라간다
- C밀도와 탄성률이 함께 떨어지고, 투명성은 올라간다
정답과 해설 보기
정답: A. 밀도와 탄성률이 올라가고, 투명성은 떨어진다
결정부에서는 분자 사슬이 규칙적이고 조밀하게 채워져 있으므로, 결정화도가 높을수록 밀도가 올라가고 분자 사슬 사이의 상호 작용도 강해져서 탄성률, 항복 강도, 내열성, 내약품성이 향상됩니다. 고밀도 폴리에틸렌(HDPE)이 저밀도 폴리에틸렌(LDPE)보다 단단한 것은 이 때문입니다. 한편 결정부와 비정질부는 굴절률이 다르고, 빛의 파장 정도 이상 크기의 구정 등이 빛을 산란시키므로, 투명성은 떨어져 유백색이 됩니다. 기체도 결정부를 통과하기 어려우므로 기체 투과성은 낮아집니다. 밀도가 떨어진다는 것은 반대이며, 투명성이 높은 것은 PMMA나 폴리카보네이트와 같은 비정질 고분자의 특징입니다.
해설 속의 ‘결정화도’
결정부와 비정질부의 부피가 더해진다고 하면, 질량 기준의 결정화도는 Xc = ρc(ρs − ρa)/[ρs(ρc − ρa)] = 1.000 × (0.925 − 0.850)/[0.925 × (1.000 − 0.850)] = 0.075/0.13875 ≈ 0.54, 즉 약 54%입니다.
폴리에틸렌의 완전 결정의 밀도를 1.000 g/cm³, 완전 비정질의 밀도를 0.850 g/cm³라고 한다…결정부에서는 분자 사슬이 규칙적이고 조밀하게 채워져 있으므로, 결정화도가 높을수록 밀도가 올라가고 분자 사슬 사이의 상호 작용도 강해져서 탄성률, 항복 강도, 내열성, 내약품성이 향상됩니다.
같은 종류의 고분자에서 결정화도가 높아지면 일반적으로 어떻게 되는가?PVC는 결정화도가 낮고, 가소제의 효과는 주로 비정질부 Tg의 저하로 나타나므로, 융점만 내려가는 것이 아닙니다.
폴리염화비닐(PVC)에 가소제를 넣으면 유리 전이 온도 Tg와 재료의 성질은 어떻게 되는가?결정화도를 높이면 물이 침투하기 어려워져 분해는 느려집니다.
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