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La frazione amorfa rigida nei polimeri semicristallini

I polimeri semicristallini hanno una struttura multifasica metastabile, che si forma in una competizione cinetica tra i processi di cristallizzazione e vetrificazione che avvengono durante il processing dal fuso. I primi studi sui polimeri semicristallini avevano portato ad una descrizione della loro struttura sulla base di un modello bifasico, in cui le due fasi, una cristallina ed una amorfa, sono caratterizzate da dimensioni nanometriche almeno in una direzione. Studi più recenti hanno invece rivelato che una terza frazione intermedia, anch'essa di dimensioni nanometriche, deve essere presente all'interfaccia tra la fase cristallina e la fase amorfa. La frazione intermedia è composta dalle porzioni amorfe di catena la cui mobilità è limitata dai cristalli adiacenti. È nota come "frazione amorfa rigida" (FAR), essendo la mobilità delle catene molto minore di quella della "frazione amorfa mobile" (MAF) che rilassa alla transizione vetrosa.
Gli studi da noi condotti sulla struttura a tre fasi del poli(1-butene) isotattico (PB-1) hanno mostrato un elevato grado di coupling tra le frazioni amorfe e cristalline, con una notevole influenza sulle proprietà meccaniche. Per poter comprendere il comportamento meccanico del poli(1-butene) è necessario considerare il ruolo di tutte e tre le nanofasi, non solo della fase cristallina, come è pratica comune. Il modulo di Young si correla molto meglio con la frazione rigida, composta dalla fase cristallina e dalla FAR, che con la sola frazione cristallina, come illustrato nelle figure allegate. È probabile che questa relazione sia valida non solo per il PB-1, ma per tutti i polimeri semicristallini nei quali è presente una considerevole frazione amorfa rigida.
Lo studio della fusione del cis-1,4-polibutadiene (PBD) ha mostrato una stretta relazione tra la fusione dei cristalli e la devetrificazione della frazione amorfa rigida. L'intero andamento della fusione multipla del PBD è determinato dallo stato fisico della FAR, poiché i processi di fusione parziale e ricristallizzazione all'origine della fusione multipla possono avvenire solo se la frazione amorfa rigida raggiunge una mobilità sufficiente da consentire la crescita di cristalli più stabili che fondono a temperature più elevate.

Il progetto di ricerca è stato parzialmente finanziato dal MIUR.

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