高分子の融点とガラス転移点につきまして

質問

高分子を全く知らない人に、高分子の融点とガラス転移点とは何かを説明する機会があったのですが、うまく説明できずに困りました。ちなみに私はその時に、融点は、「プラスチックがドロドロの液体みたいに変化する温度」で、ガラス転移点は、「プラスチックが、液体みたいにならずとも、柔らかくなり始める温度である」と説明しました。私はこの説明ではわかりにくいだろうと思っております。どなたか上手な説明の仕方をご存知でしたら教えていただけませんでしょうか。よろしくお願い致します。

回答No.3

kuniuni · ベストアンサー

小学生でも分かるイメージということで。身近な例をあげるとイメージし易いのではないでしょうか。

初めの状態を、例えば、伸びない紐状（繊維状）のものを考える。これを強く引っ張ると、切れてしまいます。

ガラス転移点：紐全体が、ゴムみたいにな状態へ変化する温度。紐の形はしてますが、強く引っ張っても、切れません。

融点：紐全体が、液体状へと変化する温度。紐の形はなく、ドロドロです。

お礼

回答有難うございました。
この説明で良いです。助かりました。是非、参考にしたいと思います。

回答No.6

psa29

輪ゴムをどんどん冷やしていくと、あんなに伸び縮みさせることができたゴムが、あたかもガラスのように硬くなって、伸ばそうとして大きな力をかけると「パリン」と割れてしまうように凍ってしまう温度をガラス転移温度というという説明ではいかがですか？
融点の説明はrockenさんの説明でいいと思います。

お礼

回答有難うございました。
そのガラス転移温度の説明は大変わかりやすいですね。参考にさせていただきます。

回答No.5

toboke

高分子はよく知らないのですが、一般的には、
ガラス転移点は非晶質固体から過冷却液体の状態に変わる温度、融点は固体が液体に変わる温度です。
水を冷やしていくと凝固点で氷になりますが、ガラスになるような物質を冷やしていくと粘度が高いのでそのまま過冷却液体になり、ガラス転移点以下で非晶質固体（ガラス状態）になります。
No.2さんやNo.4さんが言っておられるように部分的に結晶があるなら、結晶化ガラスのようにガラス転移点以上でも液体の中に固体が浮かんでいる状態になっているように思います。融点（これも結晶が何種類かあればそれぞれ融点が異なるのですが）以上でこの結晶が溶けて全部液体になります。

したがって、高分子でも同じように考えられるのなら、
融点以上では液体、
ガラス転移点と融点の間では液体と結晶の固体、
ガラス転移点以下では非晶質固体と結晶の固体
という状態になるのではないでしょうか。

お礼

回答有難うございました。申し訳ないのですが、できるだけ「結晶」とか「過冷却状態」のような難しい言葉は使いたくないのです。ですが、参考にしたいと思います。

回答No.4

banbanjump

高分子は、低温で結晶部分と、非結晶の部分ができます。そして、これを加熱したとき、結晶部分よりも低温で非結晶の部分が自由に運動することができるようになります。非晶質の部分が自由になる温度がＴｇですが、Ｔｍ以下であれば、結晶部分で拘束された状態になっています。

これらのことを、どのように表現すれば、わかりやすく比喩することができるかは難しいと思います。rockenさんの表現に近く、答えになっていないかもしれませんが、
「Ｔｇを軟化（外力に対する変形）しやすくなる温度、Ｔｍを流動性が大きくなる温度」
というのはどうでしょうか。

参考URL：

http://www.nicol.ac.jp/~honma/poly/poly_tmtg.html

お礼

回答有難うございました。実に単純で分かりやすいです。No.3の方と同様、参考にしたいと思います。

回答No.2

yoisho

高分子は専門外ですので、正確な説明になっているか不安ですが、

まず、
１．固体には、結晶と非晶の２種類があること。
２．高分子は、結晶と非晶の両方の性質を持つこと。
の２点を理解してもらう必要があるかと思います。

１．の説明としては、例として「水」と「水飴」を挙げ、
水は０℃以上ではシャバシャバの液体だが、温度を下げていくと凍結を境に結晶構造が生じ、突然硬い固体になること。
水飴は結晶構造を持たないが、温度を下げると粘性が増しやがて固体になることを説明します。
ポイントは、結晶構造が無くても、温度を下げればやがて固化するということです。

さらに、
ガラスは非晶質（水飴の仲間）の代表であり、分子同士が強固に結合している水晶やダイアモンドとは異なることも説明すると、ガラス転移という言葉も印象深くなると思います。

その上で、高分子は分子のサイズが大きく部分的な結晶構造を持ち、結晶・非晶の両方の性質を持つことを説明します。

融点はどろどろに溶ける温度ですので、比較的説明は容易だと思います。

一方のガラス転移はイメージしにくいかもしれませんが、例として、高密度ポリエチレンと塩化ビニルを挙げてはいかがでしょうか？

ポリエチはガラス転移温度が低く常温ではがさがさしていますが、塩ビは常温でも柔軟性が高いといった比較ができるかと思います。

あるいは、発泡スチロールとウレタンフォームを比較して、
スチロール樹脂はガラス転移点が低く、常温ではあまり柔軟性がありませんが、ウレタンフォームのスポンジは柔軟性があること。
また、少し前から流行りの低反発枕などに使われるウレタンフォームは、ガラス転移点が常温付近に調節してあり、ガラス転移点付近での中間的な柔軟性を持つことを示してはいかがでしょうか。

なお、誤解を生じないように注意すべき点は、高分子の融点は低分子のそれのように明確なものではないこと（水飴と混同しないように）でしょうか？

お礼

お礼の返事が遅れてしまいまして申し訳ありません。
高分子を勉強してきた自分にとっては、十分に理解できる説明なのですが、「結晶」や「非晶質」のような、小学校や中学校では出てこないような言葉はあまり使わずに説明したいのです。ですが、参考にしたいと思います。

回答No.1

noname#204885

融点(Tm)は物質が固体領域から液体領域に移行する温度。一方、ガラス転移点(Tg)は、物質にある歪をかけた時に弾性挙動（バネのような挙動）主体から粘性挙動（粘土のような挙動）主体に移行する温度のこと。

この「ある歪をかけた時」と言うのが曲者で、実際にはTgは歪速度に依存する。温度を一定にして、物質に様々な歪速度で歪をかけると、歪速度の極めて速い領域では物質は固くバネのような弾性体の挙動を示すのに対して、歪速度を遅くしていくとある速度域で柔らかい粘土のような粘性体の挙動を示すようになる。

また、温度と歪速度には等価性が有って、低歪速度で応力特性を見るのと、高温で応力特性を見ることは同じことになる。上とは逆に、歪速度を一定にして、温度を振ってやると、低温では弾性挙動を示した物質が、高温では粘性挙動を示すようになる。この関係を記述しているのがTgと言うことになるんだと思うよ。

上の理由から、TgはTmのような物理的な意味を持つ温度ではなく、測定方法によっていくらでも変わる。Tmが測定方法依存性をあまり持たないのに対して、Tgは粘弾性、DSC、音速、誘電特性等、種種の方法で測定すると全部値が異なってくる。そのため、Tgをガラス転移点とかガラス転移温度とか言うのは間違いで、ガラス転移領域と言うべきだと主張する人も居る。

と、ざっと書いてみたけど、あまりわかりやすくなかったら、ごめん。

お礼

回答有難うございました。
丁寧に答えていただいて申し訳ないのですが、個人的には上の説明では難しすぎるかなという気がします。理論的な説明ではharihorereさんの説明で良いのだろうと思いますが、小学生にでもわかる程度の平易な言葉で(イメージで理解させてあげられるような)説明がしたいと思っているのですが・・・。贅沢を言ってすみません。