Microscopía óptica para observar la morfología cristalina de los polímeros
La estructura y el principio del microscopio de luz polarizada, el uso del microscopio de luz polarizada.
Las esferulitas poliméricas se prepararon por el método de fusión, se observó la morfología de las esferulitas obtenidas a diferentes temperaturas de cristalización y se midió el radio de las esferulitas poliméricas.
Los cristales y los amorfos son las dos formas básicas de agregados poliméricos, y muchos polímeros pueden cristalizar. El rendimiento práctico de los materiales poliméricos cristalinos (como la transparencia óptica, la resistencia al impacto, etc.) está estrechamente relacionado con la morfología cristalina, el tamaño de grano y el grado de perfección del interior del material. Por lo tanto, el estudio de la morfología de los cristales de polímero tiene un importante significado teórico y práctico. Los polímeros forman diferentes cristales en diferentes condiciones, como monocristales, esferulitas, cristales de fibra, etc. Cuando el polímero se enfría desde el estado fundido, se forman principalmente esferulitas, que es la forma más común de cristalización de polímeros. El rendimiento tiene un gran impacto.
Las esferulitas llevan el nombre del núcleo cristalino que crece radialmente para formar una forma esférica, que es una "estructura tridimensional". Pero también se puede considerar como una "estructura bidimensional" en forma de disco en una pieza de prueba extremadamente delgada, y la esferulita es un poliedro. La celda unitaria está compuesta de cadenas moleculares, el apilamiento de la celda unitaria constituye una oblea, el apilamiento de oblea constituye un haz de microfibras, y el haz de microfibras crece a lo largo de la dirección radial para formar una esferulita. Hay defectos de cristal entre las obleas e inclusiones amorfas entre los paquetes de microfibras. El tamaño de las esferulitas depende de la estructura molecular del polímero y de las condiciones de cristalización. Por lo tanto, el tamaño de las esferulitas varía mucho según el tipo de polímero y las condiciones de cristalización. El diámetro puede variar de micrómetros a milímetros, o incluso tan grandes como centímetros. Las esferulitas se dispersan en el polímero amorfo. En términos generales, lo amorfo es una fase continua y las periferias de las esferulitas pueden cruzarse para formar un polígono irregular. Las esferulitas tienen anisotropía óptica y refractan la luz, por lo que pueden observarse con un microscopio polarizador. Las esferulitas de polímero exhiben una imagen característica de extinción cruzada negra entre los polarizadores cruzados de un microscopio polarizador. Cuando algunos polímeros forman esferulitas, la distorsión helicoidal de la oblea a medida que crece a lo largo del radio permite ver imágenes de extinción concéntricas bajo un microscopio polarizador.
La resolución óptima del microscopio de luz polarizada es de 200 nm y el aumento efectivo supera las 500 a 1000 veces. Combinado con el microscopio electrónico y el método de difracción de rayos X, puede proporcionar información más completa sobre la estructura cristalina.
La luz es una onda electromagnética, u onda transversal, y su dirección de propagación es perpendicular a la dirección de vibración. Pero para la luz natural, sus direcciones de vibración se distribuyen uniformemente y no prevalece ninguna dirección. Pero después de la reflexión, la refracción o la absorción selectiva, la luz natural puede transformarse en ondas de luz que vibran en una sola dirección, a saber, la luz polarizada. Un haz de luz natural pasa a través de dos polarizadores. Si los dos ejes de polarización son perpendiculares entre sí, la luz no puede pasar. Cuando una onda de luz se propaga en un medio anisotrópico, su velocidad de propagación cambia con la dirección de la vibración y el valor del índice de refracción también cambia en consecuencia. En general, se produce birrefringencia y se descompone en dos partes con direcciones de vibración mutuamente perpendiculares, diferentes velocidades de propagación y diferentes índices de refracción. tiras de luz polarizada. Cuando las dos luces polarizadas pasan a través del segundo polarizador, solo puede pasar la luz en la dirección paralela al segundo eje de polarización. Los dos haces de cruce interferirán debido a la diferencia de trayectoria óptica.
Observado bajo un microscopio de polarización cruzada, el polímero amorfo no tiene birrefringencia debido a su isotropía, la luz es bloqueada por el polarizador ortogonal y el campo de visión es oscuro. Las esferulitas exhibirán un fenómeno único de extinción de cruz negra, y los dos brazos de la cruz negra son paralelos a las direcciones de los dos ejes de polarización. A excepción de la dirección de vibración del polarizador, el resto de la luz aparece debido a la refracción. Las figuras 2-7 son fotografías de esferulitas de polipropileno isotáctico.
En condiciones de luz polarizada, también se puede observar la morfología de los cristales, se puede determinar el tamaño de los cristalitos y se puede estudiar el pleocroísmo de los cristales.
1) Corte un pequeño trozo de película de polipropileno o 1/5 a 1/4 de gránulo, colóquelo en un portaobjetos de vidrio limpio, manténgalo alejado del borde del portaobjetos de vidrio y cubra la muestra con un cubreobjetos.
2) Precaliente la prensa de tabletas a 240 grados, derrita la muestra de polipropileno en una placa caliente (la muestra es completamente transparente), presione para formar una película durante 2 minutos y luego transfiérala rápidamente a una temperatura de 50 grados. escenario para cristalizarlo. Las mismas muestras se cristalizaron a 100 grados y 0 grados después de la fusión.
2) Ajustar el microscopio
1) Encienda la lámpara de arco de mercurio durante 10 min antes para obtener una intensidad de luz estable e inserte un filtro monocromático.
2) Retire el ocular del microscopio y coloque el polarizador y el analizador a 90 grados. Mientras observa el tubo del microscopio, ajuste la posición de la lámpara y el espejo, y ajuste el analizador si es necesario para lograr la extinción completa (el campo de visión es lo más oscuro posible).
3) Medir el diámetro de la esferulita
Las escamas de cristal de polímero se observan bajo un microscopio ortogonal, y el diámetro de las esferulitas se mide con una escala de ocular de microscopio. Los pasos de determinación son los siguientes:
1) Inserte el ocular con una regla graduada en el cilindro de la lente y coloque la microrregla de escenario en el escenario, de modo que se puedan ver dos reglas en el área de visualización al mismo tiempo.
2) Ajuste la distancia focal para que los dos pies estén dispuestos en paralelo, la escala sea clara y los dos puntos cero coincidan entre sí, y se pueda calcular el valor de la escala del ocular.
3) Retire la microrregla del escenario, coloque la muestra predicha en el centro del campo de visión del escenario, observe y registre la forma del cristal, lea la escala de la esferulita en la escala del ocular y luego calcule el diámetro de la esferulita.
