고분자의 glass-transition temperature에 대해 설명해보세요

[유리 전이 온도(glass-transition temperature)]

비정질 고체가 유리와 같은 무른 상태에서 점성이 있는 상태로 변화하는 온도 영역의 중심, 혹은 비체적대 온도 곡선의 구배가 급격히 변화하는 온도를 유리 전이 온도라고 한다.

고분자화합물에는 유리전이 온도 외에 다른 전이점들도 많은데, 굳이 유리전이 온도를 따지는 이유는 유리전이 온도에서 특성 물성들이 많이 나타나기 때문이다.

[유리전이온도에서 재료 변화상태]
단편적으로 말하면 딱딱한 고체 상태에서 말랑한 고체상이기도하고 액상이기도 한 그러한 상태가 된다. 이렇게 말랑하게 되면 기본적 물성을 잃어버리게 되어 내열성이나 기타 하중을 받는 재료에서 중요한 척도가 되며 액정상태이거나 아니면 고무상 등의 경우도 유리전이 온도는 중요한 물성의 척도가 된다.

[유리전이온도의 측정]

유리전이온도는 DSC라는 장비로 측정한다. 측정 시 승온 속도는 분당 10도이며 그런 식으로 측정을 하면 그래프가 일직선으로 가다 변곡점이 생긴다. 그러면 바로 그 점이 유리전이 온도가 되는 것이다.

다양한 고분자 샘플들의 측정결과 유리전이온도는 열용량을 나타내는 DSC곡선의 baseline과 상관관계가 있음을 확인할 수 있었다. 위의 그래프에서 확인할 수 있듯이 유리전이온도가 낮은 경우 낮은 base line에서 측정이 되며, 유리전이온도가 높은 경우 높은 base line에서 측정이 되는 것을 확인할 수 있었다.

이 결과를 통하여 유리전이온도가 높을수록 상대적으로 열용량 값도 높게 나타나는 것을 확인할 수 있었다. 또한 유리전이온도는 고분자의 종류에 따라 다르게 나타나는 것도 확인할 수 있었으며, 고분자 샘플 중 PES의 경우 가장 높은 온도인 226도에서 나타났으며, PVC의 경우 가장 낮은 온도인 88도에서 나타났다.