Semikristalliniteit

Uit Wikipedia, de vrije encyclopedie
Naar navigatie springen Naar zoeken springen

Semikristalliniteit is het verschijnsel dat sommige materialen zelfs in pure vorm slechts tot een bepaalde mate kristalliseren en voor een deel amorf blijven. Dit kan het geval zijn bij polymeren, maar ook bij metalen of mineralen.

Polymeren[bewerken]

Semikristalliniteit treedt onder meer op bij de kristallisatie van lineaire polymeren. In veel gevallen ordenen polymeren zich door het opvouwen van de polymeerketen in dunne bladvormige lamellen. Het kan daarbij gebeuren dat een en dezelfde keten ingebouwd wordt in twee verschillende lamellen. De atomen in het verbindingsstuk kunnen zich daarbij noch volgens de ene, noch volgens de andere lamel ordenen. Ook het deel van de keten dat de vouw ondergaat is niet in staat zich volledig te ordenen.

Het gevolg is dat van het gehele materiaal altijd maar een zeker percentage volledige ordening ondergaat. Dit percentage kan tot boven de 90% belopen als het polymeer volledig lineair is, dat wil zeggen geen zijtakken vertoont, een hoog en uniform molecuulgewicht heeft en de kans krijgt langzaam te kristalliseren. Het inbouwen van zijtakken en kruisverbindingen (cross-links) verlaagt de kristalliniteit danig. De materiaaleigenschappen kunnen daarmee in belangrijke mate beïnvloed worden. Een goed voorbeeld daarvan is de verschillende vormen van polyetheen (PE). De hogedrukvorm (HDPE, hoge dichtheid-polyethyleen) heeft hoge kristalliniteit en daardoor ook een hoge dichtheid. LDPE (Low Density PE) en LLDPE (Lineair Low Density PE) een beduidend lagere. LLDPE is eigenlijk een copolymeer met een zeker gehalte aan een monomeer van een wat grotere lengte dan ethyleen, bijvoorbeeld octeen of hexeen. Dit introduceert een zekere mate van korte vertakkingen. LLDPE wordt bijvoorbeeld gebruikt in helder doorzichtige foliën. Een HDPE folie is in de regel melkachtig wit. Deze verschillen zijn een regelrecht gevolg van het verschil in kristalliniteit.

Sommige polymeren, met name die met een ultra-hoog molecuulgewicht, kunnen ook tot kristallisatie gebracht worden zonder dat de ketens zich opvouwen. Deze gestrekteketenpolymeren kunnen grote mechanische sterktes bereiken. Het materiaal moet echter gerekt worden om deze vorm van kristallisatie te bespoedigen.

Bepaling van kristalliniteit[bewerken]

De kristalliniteit is voor semikristallijne materialen een belangrijke maat voor de eigenschappen en de kwaliteit van het materiaal. Kristalliniteiten kunnen op verschillende wijze bepaald worden. De eenvoudigste is de dichtheid te meten door onderdompeling in een geschikte vloeistof. Een wat preciezere methode is het smeltgedrag te bestuderen in een calorimetrisch experiment, bijvoorbeeld met een DSC. Ook röntgendiffractie en vastestof-NMR kunnen een maat voor de kristalliniteit opleveren.