درجة الانتقال الزجاجي Glass – Transition Temperature

من المناقشات السابقة لاحظنا ان معظم البوليمرات هي إما بوليمرات غير متبلورة (زجاجية) او تحتوي على مناطق غير متبلورة حتى ولو كانت من البوليمرات المتبلورة. من خصائص الحالة الزجاجية في البوليمرات هو تغير صفاتها الميكانيكية والفيزيائية عند درجة حرارة  معينة تدعى درجة الانتقال الزجاجي والتي يرمز لها عادة بالرمز (Tg) ، الدرجة الحرارية التي يتحول عندها البوليمر من مادة زجاجية صلبة قوية إلى مادة مرنة جلدية فوق درجة الانتقال الزجاجي صلبة قوية إلى مادة مرنة جلدية فوق درجة الانتقال الزجاجي يكون البوليمر ليناً (Soft) ومرناً (flexible) ويكون البوليمر عند هذه الدرجات الحرارية إما في الحالة المطاطية (rubbery state) أو بهيئة سوائل عالية اللزوجة تتغير خواص البوليمر الميكانيكية تغيراً كبيراً عند درجة الانتقال الزجاجي. فمثلاً يقل معامل المرونة (elastic modulus) بحوالي (1000) مرة عندما ترتفع درجة الحرارة فوق درجة الانتقال الزجاجي ولهذا السبب تعتبر درجة الحرارة فوق درجة الانتقال الزجاجي ولهذا السبب تعتبر درجة الانتقال الزجاجي من اهم الخصائص الفيزيائية للبوليمرات من حيث اعتماد الخواص الميكانيكية للبوليمرات عليها. فنحصل تغيرات كبيرة في العديد من الثوابت الفيزيائية عند درجة الانتقال الزجاجي. منها على سبيل المثال لا الحصر:

معامل التمدد الحراري (thermal expansion) ، والسعة الحرارية (heat capacity)، معامل الانكسار (refactive index) التضاؤل الميكانيكي (mechanical damping) سلوك الرنين المغناطيسي (nuclear magnetic resonace behaviour) والخواص الكهربية (electrical properties) وغيرها. ويبين الشكل (1) نماذج من هذه العلاقات واعتمادها على T_g.

تتصف البوليمرات المطاطية او المرنة (elastomers) بأن درجة انتقالها الزجاجية (T_g) تقع تحت درجة الحرارة الطبيعية ودرجة حرارة الغرفة ولهذا السبب تتصف بالمرونة بينما تكون درجة الانتقال الزجاجي للبوليمرات الهشة (brittle) والصلدة (rigid) فوق درجة حرارة الغرفة.

لا تعتبر درجة الانتقال الزجاجي انتقالاً حقيقياً من الرتبة الاولى (first order transition) ويعود سبب ذلك إلى عدم تغير الحالة الفيزيائية للبوليمر قبل وبعد هذه الدرجة الحرارية. بينما نلاحظ ان درجة الانصهار البلورية تعتبر انتقالاً حقيقياً من الرتبة الأولى لأنها تتضمن على تغير في الطور الفيزيائي عندما يتحول البوليمر من صلب متبلور إلى منصهر سائل لزج.