Glasübergangstemperatur

Die Glasübergangstemperatur (Tg) ist die Temperatur, bei der sich amorphe Materialien von einem festen, spröden Glas in einen weicheren, gummi- oder viskose Zustand überführen. Sie hängt wesentlich von der Beweglichkeit der Molekülsegmente ab und kommt vor allem bei amorphen Polymeren und Gläsern vor. Bei kristallinen Stoffen spricht man stattdessen von Schmelzpunkten.

Die Glasübergangszone ist keine klassische Phasenänderung im thermodynamischen Sinn, sondern ein konzeptionell-beobachteter Übergang, der von der Messzeit abhängt. In diesem Bereich erhöht sich die strukturelle Beweglichkeit der Kettensegmenten deutlich, was zu Änderungen der Wärmefähigkeit, der Wärmeausdehnung und der mechanischen Eigenschaften führt. Typische Kennzeichen sind ein sprunghafter Anstieg der Wärmekapazität und ein Absenken der Steifigkeit; in dynamischen Messungen zeigt sich oft ein Peak der Dämpfung (tan δ).

Messmethoden: Die Tg wird häufig mit Differential Scanning Calorimetry (DSC) bestimmt, wo sie als Änderung der Wärmekapazität erkennbar ist. Mit dynamischer mechanischer Analyse (DMA) zeigt sich oft ein Peak in tan δ und ein Abfall des Elastizitätsmoduls. Tg kann je nach Messbedingung (Aufheizrate, Probe, Reinheit) variieren. Typische Werte liegen im Bereich von einigen Dutzend bis über 100 °C für viele Kunststoffe, während niedrige Tg-Werte bei elastomeren Polymeren und hohe Tg-Werte bei hitzestabilen Polymeren auftreten.

Einflussfaktoren: Tg steigt mit steigender molekularer Rigidiät und Crosslinking; sie sinkt durch Zugaben wie Lösungsmittel, Plastifzierer oder niedrigere Molekulargewichte. Mischungen folgen oft der Fox-Gleichung: 1/Tg = w1/Tg1 + w2/Tg2. Die Tg beeinflusst maßgeblich die Verarbeitungs- und Einsatztemperaturen von Polymeren. Bei anorganischen Gläsern liegt Tg oft deutlich höher als bei organischen Polymeren.