Microscopia ottica per osservare la morfologia cristallina dei polimeri
La struttura e il principio del microscopio a luce polarizzata, l'uso del microscopio a luce polarizzata.
Le sferuliti polimeriche sono state preparate mediante metodo di fusione, è stata osservata la morfologia delle sferuliti ottenute a diverse temperature di cristallizzazione ed è stato misurato il raggio delle sferuliti polimeriche.
Cristalli e amorfi sono le due forme base di aggregati polimerici e molti polimeri possono cristallizzare. Le prestazioni pratiche dei materiali polimerici cristallini (come trasparenza ottica, resistenza all'urto, ecc.) sono strettamente correlate alla morfologia cristallina, alla granulometria e al grado di perfezione all'interno del materiale. Pertanto, lo studio della morfologia dei cristalli polimerici ha un importante significato teorico e pratico. I polimeri formano cristalli diversi in condizioni diverse, come cristalli singoli, sferuliti, cristalli di fibre, ecc. Quando il polimero viene raffreddato dallo stato fuso, si formano principalmente sferuliti, che è la forma più comune di cristallizzazione del polimero. Le prestazioni hanno un grande impatto.
Le sferuliti prendono il nome dal nucleo di cristallo che cresce radialmente per formare una forma sferica, che è una "struttura tridimensionale". Ma può anche essere considerata come una "struttura bidimensionale" a forma di disco in un provino estremamente sottile, e la sferulite è un poliedro. La cella unitaria è composta da catene molecolari, l'impilamento della cella unitaria costituisce un wafer, l'impilamento del wafer costituisce un fascio di microfibre e il fascio di microfibre cresce lungo la direzione radiale per formare una sferulite. Sono presenti difetti di cristallo tra i wafer e inclusioni amorfe tra i fasci di microfibra. La dimensione delle sferuliti dipende dalla struttura molecolare del polimero e dalle condizioni di cristallizzazione. Pertanto, la dimensione delle sferuliti varia notevolmente a seconda del tipo di polimero e delle condizioni di cristallizzazione. Il diametro può variare da micrometri a millimetri, o addirittura centimetri. Le sferuliti sono disperse nel polimero amorfo. In generale, l'amorfo è una fase continua e le periferie delle sferuliti possono intersecarsi per formare un poligono irregolare. Le sferuliti hanno anisotropia ottica e rifrangono la luce, quindi possono essere osservate con un microscopio polarizzatore. Le sferuliti polimeriche mostrano una caratteristica immagine di estinzione a croce nera tra i polarizzatori incrociati di un microscopio polarizzatore. Quando alcuni polimeri formano sferuliti, la distorsione elicoidale del wafer mentre cresce lungo il raggio consente di vedere immagini di estinzione concentriche sotto un microscopio polarizzante.
La risoluzione ottimale del microscopio a luce polarizzata è di 200 nm e l'ingrandimento effettivo supera da 500 a 1000 volte. In combinazione con il microscopio elettronico e il metodo di diffrazione dei raggi X, può fornire informazioni più complete sulla struttura cristallina.
La luce è un'onda elettromagnetica, o onda trasversale, e la sua direzione di propagazione è perpendicolare alla direzione della vibrazione. Ma per la luce naturale, le sue direzioni di vibrazione sono distribuite uniformemente e nessuna direzione prevale. Ma dopo la riflessione, la rifrazione o l'assorbimento selettivo, la luce naturale può essere trasformata in onde luminose che vibrano in una sola direzione, quella polarizzata. Un raggio di luce naturale passa attraverso due polarizzatori. Se i due assi di polarizzazione sono perpendicolari tra loro, la luce non può attraversarli. Quando un'onda luminosa si propaga in un mezzo anisotropo, la sua velocità di propagazione cambia con la direzione della vibrazione e anche il valore dell'indice di rifrazione cambia di conseguenza. Generalmente si verifica la birifrangenza, che viene scomposta in due parti con direzioni di vibrazione reciprocamente perpendicolari, diverse velocità di propagazione e diversi indici di rifrazione. strisce di luce polarizzata. Quando le due luci polarizzate passano attraverso il secondo polarizzatore, può passare solo la luce nella direzione parallela al secondo asse di polarizzazione. I due raggi passanti interferiranno a causa della differenza del percorso ottico.
Osservato al microscopio a polarizzazione incrociata, il polimero amorfo non ha birifrangenza a causa della sua isotropia, la luce è bloccata dal polarizzatore ortogonale e il campo visivo è scuro. Le sferuliti mostreranno un fenomeno unico di estinzione della croce nera, ei due bracci della croce nera sono paralleli alle direzioni dei due assi di polarizzazione. Fatta eccezione per la direzione di vibrazione del polarizzatore, il resto della luce appare a causa della rifrazione. Le figure 2-7 sono fotografie di sferuliti di polipropilene isotattico.
In condizioni di luce polarizzata si può anche osservare la morfologia dei cristalli, determinare la dimensione dei cristalliti e studiare il pleocroismo dei cristalli.
1) Tagliare un piccolo pezzo di pellicola di polipropilene o pellet da 1/5 a 1/4, metterlo su un vetrino pulito, tenerlo lontano dal bordo del vetrino e coprire il campione con un vetrino coprioggetti.
2) Preriscaldare la comprimitrice a 240 gradi, sciogliere il campione di polipropilene su una piastra calda (il campione è completamente trasparente), premere per formare una pellicola per 2 minuti, quindi trasferirlo rapidamente a una temperatura di 50 gradi palcoscenico per cristallizzarlo. Gli stessi campioni sono stati cristallizzati a 100 gradi e 0 gradi dopo la fusione.
2) Regolare il microscopio
1) Accendere la lampada ad arco di mercurio per 10 minuti in anticipo per ottenere un'intensità luminosa stabile e inserire un filtro monocromatico.
2) Rimuovere l'oculare del microscopio e posizionare il polarizzatore e l'analizzatore a 90 gradi. Durante la visualizzazione del tubo del microscopio, regolare la posizione della lampada e dello specchio e, se necessario, regolare l'analizzatore per ottenere la completa estinzione (il campo visivo è il più scuro possibile).
3) Misurare il diametro della sferulite
Le scaglie di cristallo polimerico vengono osservate al microscopio ortogonale e il diametro delle sferuliti viene misurato con una scala dell'oculare del microscopio. Le fasi di determinazione sono le seguenti:
1) Inserire l'oculare con un righello graduato nel barilotto dell'obiettivo e posizionare il microrighello del tavolino sul tavolino, in modo che due righelli possano essere visti contemporaneamente nell'area di visualizzazione.
2) Regolare la lunghezza focale in modo che i due piedi siano disposti in parallelo, la scala sia chiara e i due punti zero coincidano tra loro e si possa calcolare il valore della scala dell'oculare.
3) Rimuovere il microrighello del tavolino, posizionare il campione previsto al centro del campo visivo del tavolino, osservare e registrare la forma del cristallo, leggere la scala della sferulite sulla scala dell'oculare, quindi calcolare il diametro della sferulite.
