อุณหภูมิ TG หมายถึงอะไร

อุณหภูมิการเปลี่ยนสภาพเป็นแก้ว (Tg): จุดเปลี่ยนสำคัญของพอลิเมอร์

พอลิเมอร์เป็นวัสดุที่มีบทบาทสำคัญในชีวิตประจำวันของเรา ตั้งแต่ขวดน้ำพลาสติกไปจนถึงเสื้อผ้าสังเคราะห์ คุณสมบัติอันหลากหลายของพอลิเมอร์นั้นขึ้นอยู่กับโครงสร้างโมเลกุลและปัจจัยทางกายภาพหลายประการ หนึ่งในปัจจัยสำคัญที่กำหนดพฤติกรรมและสมบัติของพอลิเมอร์คือ “อุณหภูมิการเปลี่ยนสภาพเป็นแก้ว” หรือที่รู้จักกันในชื่อ Tg (Glass Transition Temperature)

Tg ไม่ใช่อุณหภูมิที่เกิดการเปลี่ยนแปลงสถานะอย่างชัดเจนเช่นการหลอมเหลว (Melting Point) แต่เป็นช่วงอุณหภูมิที่วัสดุพอลิเมอร์เปลี่ยนจากสถานะเหนียว (Rubbery state) ไปเป็นสถานะแข็งเปราะ (Glassy state) การเปลี่ยนแปลงนี้เป็นปรากฏการณ์การเปลี่ยนสภาพทางกายภาพที่ค่อยเป็นค่อยไป โดยที่การเคลื่อนที่ของสายโซ่โมเลกุลภายในโครงสร้างพอลิเมอร์จะลดลงอย่างมากเมื่ออุณหภูมิต่ำลงจนถึง Tg

เหนืออุณหภูมิ Tg สายโซ่โมเลกุลของพอลิเมอร์มีความเคลื่อนไหวอย่างอิสระ ทำให้พอลิเมอร์มีความยืดหยุ่น เหนียว และสามารถเปลี่ยนรูปทรงได้ง่าย ลองนึกถึงยางที่ยืดหยุ่นได้ นั่นคือพฤติกรรมของพอลิเมอร์ที่อยู่เหนือ Tg

เมื่ออุณหภูมิต่ำกว่า Tg การเคลื่อนที่ของสายโซ่โมเลกุลจะถูกจำกัดอย่างมาก สายโซ่จะถูกตรึงตัวอยู่ในตำแหน่ง ส่งผลให้พอลิเมอร์แข็งตัว เปราะ และแตกหักได้ง่าย ลองนึกถึงพลาสติกแข็งๆ ที่เปราะบาง นั่นคือสภาพของพอลิเมอร์ที่อยู่ต่ำกว่า Tg

การเปลี่ยนแปลงที่ Tg นั้นไม่ได้หมายความว่าพอลิเมอร์จะเปลี่ยนสถานะเป็นของแข็งอย่างสมบูรณ์ แต่เป็นการเปลี่ยนแปลงในความสามารถในการเคลื่อนที่ของโมเลกุล จึงส่งผลกระทบต่อสมบัติเชิงกลต่างๆ เช่น:

• ความแข็งแรง (Strength): พอลิเมอร์ที่อยู่ต่ำกว่า Tg จะมีความแข็งแรงสูงกว่า แต่มีความเปราะมากกว่า
• ความยืดหยุ่น (Elasticity): พอลิเมอร์ที่อยู่เหนือ Tg จะมีความยืดหยุ่นสูงกว่า แต่มีความแข็งแรงน้อยกว่า
• ความเหนียว (Toughness): ความสามารถในการดูดซับพลังงานก่อนที่จะแตกหัก พอลิเมอร์เหนือ Tg จะมีความเหนียวมากกว่า
• ความใส (Transparency): การเปลี่ยนแปลงโครงสร้างโมเลกุลที่ Tg อาจส่งผลต่อความใสของพอลิเมอร์

การทำความเข้าใจเกี่ยวกับ Tg จึงมีความสำคัญอย่างยิ่งในการออกแบบและเลือกใช้วัสดุพอลิเมอร์ให้เหมาะสมกับการใช้งาน เช่น การเลือกพลาสติกที่ใช้ทำขวดน้ำจะต้องมี Tg ต่ำกว่าอุณหภูมิห้องเพื่อให้มีความยืดหยุ่นและไม่แตกหักง่าย ในขณะที่พลาสติกที่ใช้ทำชิ้นส่วนเครื่องยนต์อาจต้องมี Tg สูงกว่าอุณหภูมิการทำงานเพื่อให้คงความแข็งแรงและทนทาน

โดยสรุป Tg เป็นพารามิเตอร์ที่สำคัญในการกำหนดคุณสมบัติและพฤติกรรมของพอลิเมอร์ การทำความเข้าใจเกี่ยวกับ Tg จะช่วยให้เราสามารถเลือกใช้และออกแบบวัสดุพอลิเมอร์ได้อย่างมีประสิทธิภาพมากยิ่งขึ้น เพื่อตอบสนองความต้องการในการใช้งานที่หลากหลาย