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유리 전이 온도의 뜻

비정질 물질이나 고분자의 비정질부에서 분자나 원자의 운동이 동결되어, 유리 상태와 고무 상태(과냉각 액체)가 바뀌는 온도. Tg로 쓴다.

일본어 명칭: ガラス転移温度

‘유리 전이 온도’ 관련 연습 문제는 4개 분야에 7문제가 있습니다(유리와 비정질 재료, 고분자·복합재료, 세라믹스·유리 등).

이 용어의 분야: 고분자·복합재료

유리 전이 온도 연습 문제에 도전

유리를 용융액에서 냉각할 때의 유리 전이 온도 Tg에 대한 설명으로 옳은 것은 무엇인가?

  1. A냉각 속도와 관계없이 물질마다 일정한 값이다
  2. B냉각 속도를 크게 할수록 Tg는 낮아진다
  3. C냉각 속도를 크게 할수록 Tg는 높아진다
정답과 해설 보기

정답: C. 냉각 속도를 크게 할수록 Tg는 높아진다

용융액을 냉각하면 점도가 급격히 올라가고, 원자의 재배열이 냉각을 따라가지 못하게 된 온도에서 구조가 동결되어 비부피의 온도 변화 기울기가 바뀝니다. 이 온도가 유리 전이 온도 Tg이며, 점도의 기준은 약 10¹² Pa·s입니다. 냉각이 빠를수록 원자가 재배열할 시간이 짧으므로 더 높은 온도에서 구조가 동결되어 Tg는 높아집니다. 이때 동결된 구조는 밀도가 낮은 상태가 됩니다. Tg는 융점처럼 열역학적인 상전이 온도가 아니므로 냉각 속도와 관계없이 일정한 것은 아닙니다. 이 성질은 유리의 서랭(어닐링)에 의한 잔류 응력 제거와도 관련됩니다.

결정성 고분자(반결정성 고분자)의 유리 전이 온도 Tg와 융점 Tm에 대한 설명으로 옳은 것은 무엇인가?

  1. ATg는 Tm보다 높다
  2. BTg는 비정질부 분자 사슬의 운동이 동결·해방되는 온도로, Tm보다 낮다
  3. CTg는 결정부가 융해하는 온도로, 결정이 없는 비정질 고분자에는 존재하지 않는다
정답과 해설 보기

정답: B. Tg는 비정질부 분자 사슬의 운동이 동결·해방되는 온도로, Tm보다 낮다

결정성 고분자는 결정부와 비정질부로 이루어져 있습니다. Tg는 비정질부 분자 사슬의 세그먼트 운동이 동결되거나 해방되는 온도로, Tg보다 낮으면 단단한 유리 상태, 높으면 고무 상태가 됩니다. Tm은 결정부가 융해하는 온도이며, Tg는 Tm보다 반드시 낮고, 많은 고분자에서 Tg/Tm(절대 온도의 비)은 약 0.5~0.8입니다. 예를 들어 PET는 Tg가 약 70~80℃, Tm이 약 260℃입니다. 결정부의 융해를 나타내는 것은 Tm 쪽이며, 폴리스타이렌과 같은 비정질 고분자에는 Tm은 없지만 Tg는 있습니다. 폴리에틸렌처럼 Tg가 실온보다 낮은 고분자는 실온에서 비정질부가 고무 상태이므로 유연합니다.

해설 속의 ‘유리 전이 온도’

‘유리 전이 온도’ 관련 문제(7문제)

  1. 유리를 용융액에서 냉각할 때의 유리 전이 온도 Tg에 대한 설명으로 옳은 것은 무엇인가?
  2. 결정성 고분자(반결정성 고분자)의 유리 전이 온도 Tg와 융점 Tm에 대한 설명으로 옳은 것은 무엇인가?
  3. 폴리염화비닐(PVC)에 가소제를 넣으면 유리 전이 온도 Tg와 재료의 성질은 어떻게 되는가?
  4. 고분자 시료를 가열하면서 측정할 때, 유리 전이 온도 Tg를 검출하는 데 적합한 기법과 그 나타나는 방식으로 옳은 것은 무엇인가?
  5. 어떤 소다석회 유리의 점도 η(Pa·s)가 VFT 식 log₁₀η = A + B/(T − T₀)(A = −2.5, B = 4300 K, T₀ = 520 K)로 나타난다고 한다. 점도가 10¹² Pa·s(서랭점의 기준으로, 유리 전이 온도에 가까움)가 되는 온도에 가장 가까운 것은 무엇인가?
  6. 턴불의 기준에서는 환산 유리 전이 온도 Trg = Tg/Tl(Tg는 유리 전이 온도, Tl은 액상선 온도, 둘 다 절대 온도)이 클수록 융액을 냉각했을 때 유리가 되기 쉽다. 다음 합금 중 이 기준으로 가장 유리가 되기 쉬운 것은 무엇인가?
  7. SiO₂ 유리에 Na₂O를 첨가하면 유리의 구조와 성질은 어떻게 변하는가?

관련 용어

결정화도 환산 유리 전이 온도 비가교 산소 선팽창 계수 열경화성 수지 점탄성 혼합 법칙

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