Степень кристалличности (коэффициент кристалличности) полимеров

Степень кристалличности  (коэффициент кристалличности) полимеров (degree of crystallinity, Kristallisationsgrad, degree de cristallinite) – это величина, показывающая какая часть полимера (по массе или объему) является кристаллической, то есть входит в состав полимерных кристаллитов. В отличие от низкомолекулярных кристаллических веществ, образцы полимеров практически никогда не бывают закристаллизованы нацело. Наличие аморфных участков в полимерах наряду  с кристаллическими областями обнаруживается самыми различными физическими и физико-химическими методами. Об этом свидетельствуют, например, исследования механических свойств и кинетики реакций, данные рентгеноструктурного анализа и дилатометрии, результаты, полученные при изучении газопроницаемости, ЯМР и др.

Несмотря на то, что существование в структуре кристаллизующихся полимеров малоупорядочненных участков, не  обладающих трехмерным порядком в расположении атомов и молекул, не вызывает сомнения, вопрос о строгом определении и измерении степени кристалличности дискуссионен. Это связано с тем, что пока еще точно не выяснены многие особенности аморфно-кристаллической структуры полимеров.

Обсуждаются вопросы о том:

• Где расположены аморфные и кристаллические участки?
• Как они сочленяются друг с другом: чередуются ли кристаллиты с аморфными участками или внутри общей кристаллической решетки беспорядочно разбросаны небольшие области с нарушенной структурой?

Кроме того, многие данные  показывают, что полимер вряд ли может быть четко разделен на два типа участков (с кристаллической и аморфной структурой); Несомненно, должны существовать переходные участки, обладающие, вероятно, промежуточной структурой.

Таким образом, можно сказать, что деление полимера на кристаллиты и аморфные области  и определение степени кристалличности является пока структурной схемой первого приближения. Эта схема уточняется и совершенствуется по мере получения новых данных. Вместе с тем надо отметить, что данные о степени кристалличности широко используются в научных и технологических исследованиях. Это связано с тем, что тщательно измеренные величины степени кристалличности непосредственно определяют ряд механических и физических свойств образца полимера.

Кристаллические и аморфные участки в полимерах имеют различные свойства.

Кристаллиты:

• обладают большей плотностью,
• в них развиваются менее интенсивные молекулярные движения при температурах выше температуры стеклования,
• они характеризуются другим спектром молекулярной релаксации как в области механической и диэлектрической релаксации, так и в области ЯМР.

Все это дает возможность использовать для определения степени кристалличности различные методы – рентгенографию, ЯМР, ИК-спектроскопию, измерения плотности, теплоемкости и др.