Microscopie optique pour observer la morphologie cristalline des polymères
La structure et le principe du microscope à lumière polarisée, l'utilisation du microscope à lumière polarisée.
Les sphérulites polymères ont été préparées par la méthode de fusion, la morphologie des sphérulites obtenues à différentes températures de cristallisation a été observée et le rayon des sphérulites polymères a été mesuré.
Les cristaux et les amorphes sont les deux formes de base des agrégats de polymères, et de nombreux polymères peuvent cristalliser. Les performances pratiques des matériaux polymères cristallins (telles que la transparence optique, la résistance aux chocs, etc.) sont étroitement liées à la morphologie cristalline, à la taille des grains et au degré de perfection à l'intérieur du matériau. Par conséquent, l'étude de la morphologie des cristaux de polymère a une importance théorique et pratique importante. Les polymères forment différents cristaux dans différentes conditions, tels que des monocristaux, des sphérulites, des cristaux de fibres, etc. Lorsque le polymère est refroidi à partir de l'état fondu, des sphérulites se forment principalement, ce qui est la forme la plus courante de cristallisation du polymère. Les performances ont un grand impact.
Les sphérulites portent le nom du noyau cristallin qui se développe radialement pour former une forme sphérique, qui est une "structure tridimensionnelle". Mais il peut aussi être considéré comme une "structure bidimensionnelle" en forme de disque dans une éprouvette extrêmement mince, et la sphérulite est un polyèdre. La cellule unitaire est composée de chaînes moléculaires, l'empilement de la cellule unitaire constitue une tranche, l'empilement de tranches constitue un faisceau de microfibres, et le faisceau de microfibres croît le long de la direction radiale pour former une sphérulite. Il existe des défauts cristallins entre les tranches et des inclusions amorphes entre les faisceaux de microfibres. La taille des sphérulites dépend de la structure moléculaire du polymère et des conditions de cristallisation. Par conséquent, la taille des sphérulites varie fortement en fonction du type de polymère et des conditions de cristallisation. Le diamètre peut aller du micromètre au millimètre, voire jusqu'au centimètre. Les sphérulites sont dispersées dans le polymère amorphe. D'une manière générale, l'amorphe est une phase continue, et les périphéries des sphérulites peuvent se croiser pour former un polygone irrégulier. Les sphérulites ont une anisotropie optique et réfractent la lumière, elles peuvent donc être observées avec un microscope polarisant. Les sphérulites polymères présentent une image d'extinction croisée noire caractéristique entre les polariseurs croisés d'un microscope polarisant. Lorsque certains polymères forment des sphérulites, la distorsion hélicoïdale de la plaquette à mesure qu'elle se développe le long du rayon permet de voir des images d'extinction concentriques sous un microscope polarisant.
La résolution optimale du microscope à lumière polarisée est de 200 nm et le grossissement effectif dépasse 500 à 1000 fois. Combiné au microscope électronique et à la méthode de diffraction des rayons X, il peut fournir des informations plus complètes sur la structure cristalline.
La lumière est une onde électromagnétique, ou onde transversale, et sa direction de propagation est perpendiculaire à la direction de vibration. Mais pour la lumière naturelle, ses directions de vibration sont uniformément réparties et aucune direction ne prévaut. Mais après réflexion, réfraction ou absorption sélective, la lumière naturelle peut se transformer en ondes lumineuses qui vibrent dans une seule direction, à savoir la lumière polarisée. Un faisceau de lumière naturelle traverse deux polariseurs. Si les deux axes de polarisation sont perpendiculaires l'un à l'autre, la lumière ne peut pas passer. Lorsqu'une onde lumineuse se propage dans un milieu anisotrope, sa vitesse de propagation change avec la direction de vibration, et la valeur de l'indice de réfraction change également en conséquence. Généralement, la biréfringence se produit et elle est décomposée en deux parties avec des directions de vibration mutuellement perpendiculaires, des vitesses de propagation différentes et des indices de réfraction différents. bandes de lumière polarisée. Lorsque les deux lumières polarisées traversent le deuxième polariseur, seule la lumière dans la direction parallèle au deuxième axe de polarisation peut passer. Les deux faisceaux de croisement interféreront en raison de la différence de chemin optique.
Observé au microscope à polarisation croisée, le polymère amorphe n'a pas de biréfringence du fait de son isotropie, la lumière est bloquée par le polariseur orthogonal, et le champ de vision est sombre. Les sphérulites présenteront un phénomène unique d'extinction de croix noire, et les deux bras de la croix noire sont parallèles aux directions des deux axes de polarisation. À l'exception de la direction de vibration du polariseur, le reste de la lumière apparaît en raison de la réfraction. Les figures 2-7 sont des photographies de sphérulites de polypropylène isotactique.
Dans des conditions de lumière polarisée, la morphologie des cristaux peut également être observée, la taille des cristallites peut être déterminée et le pléochroïsme des cristaux peut être étudié.
1) Coupez un petit morceau de film de polypropylène ou 1/5 à 1/4 de pastille, placez-le sur une lame de verre propre, éloignez-le du bord de la lame de verre et couvrez l'échantillon avec un couvercle en verre.
2) Préchauffez la presse à comprimés à 24 0 degrés, faites fondre l'échantillon de polypropylène sur une plaque chauffante (l'échantillon est complètement transparent), appuyez pour former un film pendant 2 minutes, puis transférez-le rapidement à 50 degrés chauds étape pour le cristalliser. Les mêmes échantillons ont été cristallisés à 100 degrés et 0 degré après fusion.
2) Ajustez le microscope
1) Allumez la lampe à arc au mercure pendant 10 min à l'avance pour obtenir une intensité lumineuse stable, et insérez un filtre monochromatique.
2) Retirez l'oculaire du microscope et placez le polariseur et l'analyseur à 90 degrés. Tout en regardant le tube du microscope, ajustez la position de la lampe et du miroir, et ajustez l'analyseur si nécessaire pour obtenir une extinction complète (le champ de vision est aussi sombre que possible).
3) Mesurer le diamètre des sphérolites
Les éclats de cristal polymère sont observés au microscope orthogonal, et le diamètre des sphérulites est mesuré à l'aide d'une échelle oculaire de microscope. Les étapes de détermination sont les suivantes :
1) Insérez l'oculaire avec une règle graduée dans le barillet de l'objectif et placez la micro-règle de la platine sur la platine, de sorte que deux règles puissent être vues dans la zone de visualisation en même temps.
2) Ajustez la distance focale de sorte que les deux pieds soient disposés en parallèle, que l'échelle soit claire et que les deux points zéro coïncident l'un avec l'autre et que la valeur de l'échelle de l'oculaire puisse être calculée.
3) Retirez la micro-règle de la scène, placez l'échantillon prédit au centre du champ de vision de la scène, observez et enregistrez la forme du cristal, lisez l'échelle de la sphérulite sur l'échelle de l'oculaire, puis calculez le diamètre de la sphérulite.
