Microscopia óptica para observar a morfologia cristalina de polímeros
A estrutura e o princípio do microscópio de luz polarizada, o uso do microscópio de luz polarizada.
Os esferulitos poliméricos foram preparados pelo método de fusão, observou-se a morfologia dos esferulitos obtidos em diferentes temperaturas de cristalização e mediu-se o raio dos esferulitos poliméricos.
Cristais e amorfos são as duas formas básicas de agregados poliméricos, e muitos polímeros podem cristalizar. O desempenho prático de materiais poliméricos cristalinos (como transparência óptica, resistência ao impacto, etc.) está intimamente relacionado à morfologia cristalina, tamanho do grão e grau de perfeição dentro do material. Portanto, o estudo da morfologia do cristal polimérico tem importante significado teórico e prático. Os polímeros formam diferentes cristais sob diferentes condições, como monocristais, esferulitos, cristais de fibra, etc. Quando o polímero é resfriado a partir do estado fundido, formam-se principalmente esferulitos, que é a forma mais comum de cristalização de polímeros. O desempenho tem um grande impacto.
Os esferulitos são nomeados após o núcleo do cristal crescer radialmente para formar uma forma esférica, que é uma "estrutura tridimensional". Mas também pode ser considerado como uma "estrutura bidimensional" em forma de disco em uma peça de teste extremamente fina, e o esferulito é um poliedro. A célula unitária é composta por cadeias moleculares, o empilhamento da célula unitária constitui um wafer, o empilhamento do wafer constitui um feixe de microfibras e o feixe de microfibras cresce ao longo da direção radial para formar um esferulito. Existem defeitos de cristal entre os wafers e inclusões amorfas entre os feixes de microfibra. O tamanho dos esferulitos depende da estrutura molecular do polímero e das condições de cristalização. Portanto, o tamanho dos esferulitos varia muito dependendo do tipo de polímero e das condições de cristalização. O diâmetro pode variar de micrômetros a milímetros, ou mesmo tão grande quanto centímetros. Os esferulitos estão dispersos no polímero amorfo. De um modo geral, o amorfo é uma fase contínua, e as periferias dos esferulitos podem se cruzar para formar um polígono irregular. Os esferulitos têm anisotropia óptica e refratam a luz, portanto podem ser observados com um microscópio de polarização. Esferulitos de polímero exibem uma imagem característica de extinção cruzada negra entre os polarizadores cruzados de um microscópio de polarização. Quando alguns polímeros formam esferulitos, a distorção helicoidal do wafer à medida que cresce ao longo do raio permite que imagens de extinção concêntrica sejam vistas sob um microscópio de polarização.
A resolução ideal do microscópio de luz polarizada é de 200 nm e a ampliação efetiva excede 500 a 1000 vezes. Combinado com microscópio eletrônico e método de difração de raios X, pode fornecer informações mais abrangentes sobre a estrutura cristalina.
A luz é uma onda eletromagnética, ou onda transversal, e sua direção de propagação é perpendicular à direção de vibração. Mas para a luz natural, suas direções de vibração são distribuídas uniformemente e nenhuma direção prevalece. Mas após reflexão, refração ou absorção seletiva, a luz natural pode ser transformada em ondas de luz que vibram em apenas uma direção, ou seja, a luz polarizada. Um feixe de luz natural passa por dois polarizadores. Se os dois eixos de polarização forem perpendiculares entre si, a luz não pode passar. Quando uma onda de luz se propaga em um meio anisotrópico, sua velocidade de propagação muda com a direção da vibração e o valor do índice de refração também muda de acordo. Geralmente, a birrefringência ocorre e é decomposta em duas partes com direções de vibração mutuamente perpendiculares, diferentes velocidades de propagação e diferentes índices de refração. faixas de luz polarizada. Quando as duas luzes polarizadas passam pelo segundo polarizador, apenas a luz na direção paralela ao segundo eixo de polarização pode passar. Os dois feixes de passagem irão interferir devido à diferença do caminho óptico.
Observado em microscópio de polarização cruzada, o polímero amorfo não apresenta birrefringência devido à sua isotropia, a luz é bloqueada pelo polarizador ortogonal e o campo de visão é escuro. Os esferulitos exibirão um fenômeno único de extinção cruzada negra, e os dois braços da cruz negra são paralelos às direções dos dois eixos de polarização. Com exceção da direção de vibração do polarizador, o restante da luz aparece devido à refração. As figuras 2-7 são fotografias de esferulitos de polipropileno isotático.
Sob condições de luz polarizada, a morfologia dos cristais também pode ser observada, o tamanho dos cristalitos pode ser determinado e o pleocroísmo dos cristais pode ser estudado.
1) Corte um pequeno pedaço de filme de polipropileno ou pellet de 1/5 a 1/4, coloque-o em uma lâmina de vidro limpa, mantenha-o afastado da borda da lâmina de vidro e cubra a amostra com uma lamínula.
2) Pré-aqueça a prensa de comprimidos a 240 graus, derreta a amostra de polipropileno em uma placa quente (a amostra é completamente transparente), pressione para formar um filme por 2 minutos e, em seguida, transfira-a rapidamente para uma temperatura de 50 graus etapa para cristalizá-lo. As mesmas amostras foram cristalizadas a 100 graus e 0 graus após a fusão.
2) Ajuste o microscópio
1) Acenda a lâmpada de arco de mercúrio com 10 minutos de antecedência para obter uma intensidade de luz estável e insira um filtro monocromático.
2) Remova a ocular do microscópio e coloque o polarizador e o analisador a 90 graus. Ao visualizar o tubo do microscópio, ajuste a posição da lâmpada e do espelho e ajuste o analisador, se necessário, para obter a extinção completa (o campo de visão é o mais escuro possível).
3) Meça o diâmetro do esferulito
Os flocos de cristal de polímero são observados sob um microscópio ortogonal, e o diâmetro dos esferulitos é medido com uma escala de ocular de microscópio. As etapas de determinação são as seguintes:
1) Insira a ocular com uma régua graduada no cilindro da lente e coloque a microrégua da platina na platina, de forma que duas réguas possam ser vistas na área de visualização ao mesmo tempo.
2) Ajuste a distância focal de modo que os dois pés estejam dispostos em paralelo, a escala esteja clara e os dois pontos zero coincidam entre si, e o valor da escala da ocular possa ser calculado.
3) Remova a microrrégua da platina, coloque a amostra prevista no centro do campo de visão da platina, observe e registre a forma do cristal, leia a escala do esferulito na escala da ocular e calcule o diâmetro do esferulito.
