測(ce)定(ding)玻(bo)璃化轉變(bian)溫度的常用(yong)方(fang)法-低(di)場(chang)核磁(ci)共(gong)振(zhen)法

什(shen)麽(me)是玻(bo)璃化轉變(bian)溫度？

玻(bo)璃化轉變(bian)溫度是指由(you)高(gao)彈(dan)態轉變(bian)為(wei)玻(bo)璃態或玻(bo)璃態轉變(bian)為(wei)高(gao)彈(dan)態所(suo)對應的溫度。玻(bo)璃化轉變(bian)是(shi)非晶(jing)態高(gao)分(fen)子(zi)材料固有的性(xing)質，是(shi)高(gao)分(fen)子(zi)運動形(xing)式(shi)轉變(bian)的(de)宏觀(guan)體現，它直(zhi)接(jie)影響(xiang)到(dao)材料的使用(yong)性能(neng)和(he)工(gong)藝(yi)性能(neng)，因此(ci)長期以來(lai)它(ta)都(dou)是(shi)高(gao)分(fen)子(zi)物理(li)研(yan)究(jiu)的主(zhu)要內容(rong)。

玻(bo)璃化轉變(bian)溫度是高(gao)分(fen)子(zi)聚合(he)物的(de)特征溫度之(zhi)壹。以玻(bo)璃化溫度為界，高(gao)分(fen)子(zi)聚合(he)物呈(cheng)現不同的(de)物(wu)理(li)性(xing)質(zhi)：在(zai)玻(bo)璃化溫度以下，高(gao)分(fen)子(zi)材料為塑料；在(zai)玻(bo)璃化溫度以上，高(gao)分(fen)子(zi)材料為橡(xiang)膠。從工(gong)程應用(yong)角度而言，玻(bo)璃化溫度是工(gong)程塑料使用(yong)溫度的上限，是橡(xiang)膠或(huo)彈(dan)性(xing)體的(de)使用(yong)下限。

玻(bo)璃化轉變(bian)的(de)影響(xiang)因(yin)素

由(you)於(yu)玻(bo)璃化轉變(bian)是(shi)與(yu)分(fen)子(zi)運動有關(guan)的現象，而(er)分(fen)子(zi)運動又(you)和(he)分子(zi)結(jie)構有著密(mi)切(qie)關(guan)系，所(suo)以(yi)分子(zi)鏈的柔順性(xing)、分子(zi)間(jian)作(zuo)用(yong)力以(yi)及(ji)共(gong)聚、共(gong)混、增塑等(deng)都(dou)是(shi)影響(xiang)高(gao)聚(ju)物(wu)Tg的(de)重(zhong)要(yao)內因(yin)。

此(ci)外(wai)，外(wai)界條件(jian)如(ru)作(zuo)用(yong)力、作(zuo)用(yong)力速(su)率，升(sheng)(陣)溫速(su)度等也是(shi)值(zhi)得註(zhu)意(yi)的(de)影響(xiang)因(yin)索(suo)。

在(zai)玻(bo)璃化轉變(bian)溫度以上，高(gao)聚(ju)物(wu)表現出(chu)彈性(xing)；在(zai)玻(bo)璃化轉變(bian)溫度以下，高(gao)聚(ju)物(wu)表現出(chu)脆性(xing)，在(zai)用(yong)作(zuo)塑料、橡(xiang)膠、合(he)成(cheng)纖維(wei)等(deng)時必(bi)須加以考(kao)慮。如聚(ju)氯乙烯的玻(bo)璃化溫度是80℃。但是(shi)，他(ta)不是(shi)制品工(gong)作(zuo)溫度的上限。比如(ru)，橡(xiang)膠的(de)工(gong)作(zuo)溫度必(bi)須在(zai)玻(bo)璃化溫度以上，否(fou)則就失(shi)去高(gao)彈(dan)性(xing)。

測(ce)定(ding)玻(bo)璃化轉變(bian)溫度的常用(yong)方(fang)法：

1．膨(peng)脹(zhang)計(ji)法：在(zai)膨脹計(ji)內裝(zhuang)入(ru)適(shi)量的受測(ce)聚(ju)合(he)物，通(tong)過(guo)抽(chou)真空的(de)方(fang)法在(zai)負壓下將對受(shou)測(ce)聚(ju)合(he)物沒(mei)有溶解(jie)作(zuo)用(yong)的惰(duo)性液體充入(ru)膨(peng)脹計(ji)內，然後(hou)在(zai)油(you)浴(yu)中以壹定(ding)的(de)升(sheng)溫速(su)率對膨(peng)脹計(ji)加熱(re)，記錄(lu)惰性(xing)液體柱(zhu)高(gao)度隨(sui)溫度的變化(hua)。由(you)於(yu)高(gao)分(fen)子(zi)聚合(he)物在(zai)玻(bo)璃化溫度前(qian)後(hou)體積(ji)的突(tu)變(bian)，因(yin)此(ci)惰性液體柱(zhu)高(gao)度-溫度曲線上對應有折點(dian)。折(zhe)點(dian)對應的溫度即為受(shou)測(ce)聚(ju)合(he)物的(de)玻(bo)璃化溫度。

2．折光率(lv)法(fa)：利用(yong)高(gao)分(fen)子(zi)聚合(he)物在(zai)玻(bo)璃化轉變(bian)溫度前(qian)後(hou)折(zhe)光率的變(bian)化(hua)，找(zhao)出(chu)導(dao)致(zhi)這種變化的(de)玻(bo)璃化轉變(bian)溫度。

3．熱(re)機械(xie)法（溫度-變形(xing)法(fa)） 在(zai)加熱(re)爐(lu)或(huo)環境箱內對高(gao)分(fen)子(zi)聚合(he)物的(de)試樣(yang)施加恒定(ding)載(zai)荷(he)；記錄不同溫度下的溫度-變形(xing)曲(qu)線。類似(si)於(yu)膨脹(zhang)計(ji)法，找(zhao)出(chu)曲線上的(de)折點(dian)所(suo)對應的溫度，即為：玻(bo)璃化轉變(bian)溫度。

4．DTA法（DSC）：以玻(bo)璃化溫度為界，高(gao)分(fen)子(zi)聚合(he)物的(de)物理(li)性(xing)質(zhi)隨(sui)高(gao)分(fen)子(zi)鏈段(duan)運動自(zi)由(you)度的變化(hua)而(er)呈現顯著(zhu)的(de)變(bian)化，其中，熱(re)容的(de)變化(hua)使熱(re)分析(xi)方(fang)法成(cheng)為(wei)測(ce)定(ding)高(gao)分(fen)子(zi)材料玻(bo)璃化溫度的壹種有效(xiao)手段(duan)。

5．動態力學(xue)性(xing)能(neng)分析（DMA）法：高(gao)分(fen)子(zi)材料的動態性能(neng)分(fen)析（DMA）通(tong)過(guo)在(zai)受測(ce)高(gao)分(fen)子(zi)聚合(he)物上(shang)施加(jia)正(zheng)弦交(jiao)變載(zai)荷(he)獲取(qu)聚(ju)合(he)物材料的動態力學(xue)響(xiang)應。

6．低(di)場(chang)核磁(ci)共(gong)振(zhen)法：

NMR是(shi)壹種通(tong)過(guo)測(ce)定(ding)活(huo)性(xing)原子(zi)核的弛(chi)豫特(te)性來(lai)描述分(fen)子(zi)運動特(te)性的技(ji)術(shu)。用(yong)NMR測(ce)定(ding)玻(bo)璃化轉變(bian)溫度是基於(yu)弛(chi)豫時(shi)間(jian)(T1、T2)可以衡量玻(bo)璃化轉變(bian)時(shi)分子(zi)鏈段(duan)運動的(de)急(ji)劇(ju)變化。與(yu)上(shang)述方(fang)法相(xiang)比，NMR對所(suo)測(ce)食(shi)品樣品沒(mei)有限制，對樣(yang)品亦不具(ju)破壞性，靈(ling)敏(min)度高(gao)，能(neng)夠(gou)快速(su)、實時(shi)、荃方(fang)位、定(ding)量(liang)的(de)研(yan)究(jiu)樣品。

玻(bo)璃化轉變(bian)是(shi)指非晶(jing)態的高(gao)聚(ju)物(wu)（包括(kuo)晶(jing)態高(gao)聚(ju)物(wu)中的非晶(jing)體部(bu)分）從玻(bo)璃態到(dao)高(gao)彈(dan)態的轉變(bian)或(huo)者從高(gao)彈(dan)態到(dao)玻(bo)璃態的轉變(bian)。許(xu)多(duo)研(yan)究(jiu)人(ren)員已(yi)經(jing)接(jie)受(shou)食(shi)品也是聚合(he)物這(zhe)壹觀(guan)點(dian)並(bing)將其作(zuo)為(wei)聚(ju)合(he)物體系(xi)進(jin)行分析(xi)，聚合(he)物玻(bo)璃化轉變(bian)的(de)基礎(chu)是分子(zi)運動，聚(ju)合(he)物由(you)玻(bo)璃態轉變(bian)為(wei)橡(xiang)膠態時，含(han)有質子(zi)的基團(tuan)運動頻(pin)率增加(jia)，這(zhe)些變(bian)化(hua)可由(you)弛(chi)豫時(shi)間(jian)T1和(he)T2來衡(heng)量(liang)。

當(dang)聚合(he)物處於(yu)玻(bo)璃態時，T2不隨(sui)溫度而變，表現出(chu)剛(gang)性晶(jing)格(ge)的(de)性(xing)質，玻(bo)璃化轉變(bian)後(hou)，突(tu)破剛(gang)性晶(jing)格(ge)的(de)限制，T2隨(sui)溫度升高(gao)而(er)增大(da)。繪制T2-溫度曲線，T2轉折(zhe)點(dian)所(suo)對應的溫度即玻(bo)璃化轉變(bian)溫度Tg。

T2-溫度曲線和(he)T1-溫度曲線都(dou)是(shi)由(you)兩(liang)條近(jin)似直(zhi)線的不同斜(xie)率(lv)的直(zhi)線部(bu)分組(zu)成(cheng)，這(zhe)兩(liang)條直(zhi)線的交(jiao)點(dian)就看(kan)作(zuo)為(wei)相(xiang)轉變(bian)點(dian)，所(suo)對應的溫度就是(shi)相(xiang)轉變(bian)溫度，即我們所(suo)要(yao)測(ce)定(ding)的(de)Tg。對於(yu)“U"曲線，其蕞(zui)低(di)點(dian)，即(ji)為相(xiang)轉變(bian)點(dian)，所(suo)對應溫度為Tg。