Semicrystalline morphology, intracrystalline chain diffusion and mechanical modulus of selected aliphatic polyesters

Abstract

Recent studies on model polymers show that semicrystalline polymers exhibit distinct morphological features depending on the timescale of intra-crystalline chain diffusion (ICD: the mobility of polymer chains in the crystals, ⟨𝜏c⟩) relative to the kinetics of crystal growth (𝜏lc). This work extends these studies to selected aliphatic polyesters with similar chemical structures to check the generality of this dependence. ⟨𝜏c⟩ (<1s) and 𝜏lc were investigated using nuclear magnetic resonance and optical microscope. Small-angle X-ray scattering was used to characterize semicrystalline morphology and analyze relative differences in ⟨𝜏c⟩ (>1s) through variations in crystal-thickening slopes. Results confirm the generality of the dependence. Additionally, ⟨𝜏c⟩ (>1s) systematically slows down as the number of ester layers per unit length in the crystals increases, identifying the ester layers as a molecular criterion for ICD.

Jüngste Studien an Modellpolymeren zeigen, dass teilkristalline Polymere unterschiedliche morphologische Merkmale aufweisen, die von der Zeitskala der intrakristallinen Kettendiffusion (ICD: die Mobilität von Polymerketten in den Kristallen, ⟨𝜏c⟩) relativ zur Kinetik des Kristallwachstums (𝜏lc) abhängen. Diese Arbeit erweitert diese Studien auf ausgewählte aliphatische Polyester um die Allgemeingültigkeit dieser Abhängigkeit zu prüfen. ⟨𝜏c⟩ (<1s) und 𝜏lc wurden mittels Kernspinresonanzspektroskopie und Lichtmikroskopie untersucht. Die Kleinwinkel-Röntgenstreuung wurde zur Charakterisierung der teilkristallinen Morphologie und zur Analyse relativer Unterschiede in ⟨𝜏c⟩ (>1s) anhand von Variationen der Kristallverdickungssteigung eingesetzt. Die Ergebnisse bestätigen diese Abhängigkeit. Darüber hinaus verlangsamt sich ⟨𝜏c⟩ (>1s) systematisch, wenn die Dichte der Esterschichten in den Kristallen zunimmt, wodurch diese als ein molekulares Kriterium für ICD identifiziert werden.