Microscopia optică pentru observarea morfologiei cristaline a polimerilor
Structura și principiul microscopului cu lumină polarizată, utilizarea microscopului cu lumină polarizată.
Sferulitele polimerice au fost preparate prin metoda topirii, s-a observat morfologia sferulitelor obtinute la diferite temperaturi de cristalizare si s-a masurat raza sferulitelor polimerice.
Cristalele și amorfele sunt cele două forme de bază ale agregatelor polimerice, iar mulți polimeri se pot cristaliza. Performanța practică a materialelor polimerice cristaline (cum ar fi transparența optică, rezistența la impact etc.) este strâns legată de morfologia cristalină, dimensiunea granulelor și gradul de perfecțiune din interiorul materialului. Prin urmare, studiul morfologiei cristalelor polimerice are o importanță teoretică și practică importantă. Polimerii formează cristale diferite în condiții diferite, cum ar fi cristale simple, sferulite, cristale din fibre etc. Când polimerul este răcit din starea topită, se formează în principal sferulite, care este cea mai comună formă de cristalizare a polimerului. Performanța are un impact mare.
Sferulitele sunt numite după nucleul de cristal care crește radial pentru a forma o formă sferică, care este o „structură tridimensională”. Dar poate fi privită și ca o „structură bidimensională” în formă de disc într-o piesă de testare extrem de subțire, iar sferulita este un poliedru. Celula unitară este compusă din lanțuri moleculare, stivuirea celulei unitare constituie o napolitană, stivuirea plachetelor constituie un mănunchi de microfibre, iar fasciculul de microfibre crește de-a lungul direcției radiale pentru a forma o sferulită. Există defecte de cristal între plachete și incluziuni amorfe între fasciculele de microfibre. Mărimea sferulitelor depinde de structura moleculară a polimerului și de condițiile de cristalizare. Prin urmare, dimensiunea sferulitelor variază foarte mult în funcție de tipul de polimer și de condițiile de cristalizare. Diametrul poate varia de la micrometri la milimetri, sau chiar la fel de mare ca centimetri. Sferulitele sunt dispersate în polimerul amorf. În general, amorful este o fază continuă, iar periferiile sferulitelor se pot intersecta pentru a forma un poligon neregulat. Sferulitele au anizotropie optică și refractează lumina, așa că pot fi observate cu un microscop polarizant. Sferulitele polimerice prezintă o imagine caracteristică de extincție în cruce neagră între polarizatoarele încrucișate ale unui microscop polarizant. Când unii polimeri formează sferuliți, distorsiunea elicoială a plachetei pe măsură ce crește de-a lungul razei permite imaginilor concentrice de extincție să fie văzute la microscop polarizant.
Rezoluția optimă a microscopului cu lumină polarizată este de 200 nm, iar mărirea efectivă depășește de 500 până la 1000 de ori. Combinat cu microscopul electronic și metoda de difracție cu raze X, poate oferi informații mai cuprinzătoare asupra structurii cristaline.
Lumina este o undă electromagnetică sau undă transversală, iar direcția sa de propagare este perpendiculară pe direcția vibrației. Dar pentru lumina naturală, direcțiile sale de vibrație sunt distribuite uniform și nicio direcție nu prevalează. Insa dupa reflexie, refractie sau absorbtie selectiva, lumina naturala poate fi transformata in unde luminoase care vibreaza intr-o singura directie, si anume lumina polarizata. Un fascicul de lumină naturală trece prin două polarizatoare. Dacă cele două axe de polarizare sunt perpendiculare una pe cealaltă, lumina nu poate trece. Când o undă luminoasă se propagă într-un mediu anizotrop, viteza de propagare a acesteia se modifică odată cu direcția vibrației, iar valoarea indicelui de refracție se modifică în consecință. În general, are loc birefringența și este descompusă în două părți cu direcții de vibrație reciproc perpendiculare, viteze de propagare diferite și indici de refracție diferiți. benzi de lumină polarizată. Când cele două lumini polarizate trec prin al doilea polarizator, poate trece doar lumina în direcția paralelă cu cea de-a doua axă de polarizare. Cele două fascicule trecătoare vor interfera din cauza diferenței de cale optică.
Observat la microscop polarizant încrucișat, polimerul amorf nu are birefringență din cauza izotropiei sale, lumina este blocată de polarizatorul ortogonal, iar câmpul vizual este întunecat. Sferulitele vor prezenta un fenomen unic de extincție a crucii negre, iar cele două brațe ale crucii negre sunt paralele cu direcțiile celor două axe de polarizare. Cu excepția direcției de vibrație a polarizatorului, restul luminii apare datorită refracției. Figurile 2-7 sunt fotografii ale sferulitelor de polipropilenă izotactică.
În condiții de lumină polarizată, se poate observa și morfologia cristalelor, se poate determina dimensiunea cristalitelor și se poate studia pleocroismul cristalelor.
1) Tăiați o bucată mică de folie de polipropilenă sau 1/5 până la 1/4 pelete, puneți-o pe o lamă de sticlă curată, țineți-o departe de marginea lamei de sticlă și acoperiți proba cu o sticlă de acoperire.
2) Preîncălziți presa de tabletă la 240 grade, topiți proba de polipropilenă pe o placă fierbinte (proba este complet transparentă), apăsați pentru a forma o peliculă timp de 2 minute, apoi transferați-o rapid la o temperatură de 50 de grade. etapă pentru a o cristaliza. Aceleași probe au fost cristalizate la 100 de grade și 0 grade după topire.
2) Reglați microscopul
1) Porniți lampa cu arc cu mercur cu 10 minute înainte pentru a obține o intensitate stabilă a luminii și introduceți un filtru monocromatic.
2) Scoateți ocularul microscopului și plasați polarizatorul și analizorul la 90 de grade. În timp ce vizualizați tubul microscopului, reglați poziția lămpii și a oglinzii și, dacă este necesar, reglați analizorul pentru a obține stingerea completă (câmpul vizual este cât mai întunecat posibil).
3) Măsurați diametrul sferulitei
Fulgii de cristal polimeric sunt observați la un microscop ortogonal, iar diametrul sferulitelor este măsurat cu o scală a ocularului de microscop. Etapele de determinare sunt după cum urmează:
1) Introduceți ocularul cu o riglă gradată în cilindrul obiectivului și plasați microrigla pe scenă, astfel încât două rigle să poată fi văzute în zona de vizualizare în același timp.
2) Reglați distanța focală astfel încât cele două picioare să fie aranjate în paralel, scara să fie clară, iar cele două puncte zero să coincidă unul cu celălalt, iar valoarea scalei ocularului să poată fi calculată.
3) Scoateți micro-rigla scenei, plasați proba prezisă în centrul câmpului vizual al scenei, observați și înregistrați forma cristalului, citiți scara sferulitei pe scara ocularului și apoi calculați diametrul sferulitei.
