Study by percolation clusters of the glass transition of propylene carbonate-methylbenzene mixtures

 

Etude par amas de percolation de la transition vitreuse des mélanges carbonate de propylène-methylbenzène

 

R. Boudira*, N. Lotfi

Laboratoire de Génie Physique & Environnement (LGPE) Universite Ibn Tofail

Faculte des Sciences Kenitra-Maroc

* Corresponding author: E-mail: rachid_boudira@yahoo.fr

Received: 31 March 2012; revised version accepted: 11 October 2012

 

 

Abstract

     For a glass-forming liquid, below its the melting temperature Tm, it keeps its liquid state with formation of compact clusters, whose size increases until the glass transition temperature Tg, where the whole of the liquid becomes glass. To well describe the vitrification process, which remains transition wrongly understood, we shall put forward a study based not on the molecular aspect, but on the cluster aspect. The cluster theory translated within the percolation theory of Cohen and Grest,concerning with the phenomena of transport characterized by ? (shear viscosity, relaxation time,etc) according to the law log10(?)=a+2ß/((T-T8)+((T-T8)2+?T))1/2).During the growth of the clusters to form heterogeneous and dynamic compact regions called  Cooperatively Rearranging Regions (CRR's), it is this growth that leads to the increase of the transport coefficients and allows a classification of liquids: strong/fragile. The experimental results of the variation according to the temperature of the density, the viscosity and  relaxation time of the systems x(CP)-(1-x) MB, are adjusted following the relations of Vogel-Fultcher-Tamman et Hess (VFTH) and (CG) in relation to the (CRR's) , allow  to estimate the various parameters characteristics of (CRR's).This connectivity between the theory of percolation of Cohen and Grest (CG), free volume and (CRR's) of Adam-Gibbs allows to conclude a non-Arrhenius behavior from structural relaxation from the system.

 

Keywords:  Glass transition; Carbonate Propylene (CP); Methyl Benzene (MB); Cooperatively Rearranging Region (CRR); Configurational Entropy; Percolation; Cluster.

 

Résumé 

     Pour un liquide vitrifiable et au-dessous de sa température de fusion Tm, il conserve son état liquide avec  formation des amas compactes dont leur taille croit et ce jusqu’à la température de transition vitreuse Tg, où l’ensemble du liquide devient verre. Pour bien décrire la vitrification qui reste encore une transition mal comprise, nous présentons cette étude en considérant l’aspect amas et non pas l’aspect moléculaire. La théorie d’amas est traduite par la théorie de percolation de Cohen et Grest concernant les phénomènes de transport caractérisés par une grandeur ? (viscosité, temps de relaxation …) suivant la loi log(?)=a+2ß/((T-T8)+((T-T8)2+?T))1/2). Lors de la croissance des amas pour former des régions compactes dynamiques et hétérogènes appelées « Régions des réarrangements coopératifs (CRR’s) », c’est cette croissance qui entraine l’augmentation des coefficients de transport, et permet un classement des liquides : fragiles/forts. Les résultats expérimentaux de la variation en fonction de la température de la masse volumique, de la viscosité et du temps de relaxation des mélanges x (CP)-(1-x) MB, sont ajustés suivant les relations de Vogel-Fultcher-Tamman et Hess (VFTH)  et de Cohen et Grest (CG), en relation avec les (CRR’s) nous permettent d’estimer les différents paramètres caractéristiques des (CRR’s). Cette connectivité entre la théorie de percolation de (CG), du volume libre (VFTH) et des (CRR’s) d’Adam et Gibbs permet de conclure à un comportement non Arrhénien de la relaxation structurale du système.

    

Mots clés : Transition vitreuse ; Carbonate Propylène (CP) ; Méthyle Benzène (MB) ; Région de Réarrangement Coopératif (CRR) ; Entropie configuratrionnelle ; Percolation ; Amas.

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