科普知識丨涂料的玻璃化轉變溫度（Tg）測試及分析

摘要：涂料作為一種重要的材料，其熱性能對其使用性能具有重要影響，尤其是玻璃化轉變溫度（Tg），它是衡量涂料熱穩定性的重要參數之一。本文通過差示掃描量熱法（DSC）測試涂料樣品的Tg，并對測試結果進行解析，以期為涂料的研發和應用提供理論參考。

一、引言

玻璃化轉變溫度（Tg）是聚合物從玻璃態轉變為橡膠態的溫度，是涂料材料的一個關鍵熱力學參數。涂料的Tg決定了其在不同溫度下的力學性能和使用場合。通過測定涂料的Tg，可以了解其耐熱性、柔韌性等性質，對涂料的配方優化及應用具有重要意義。差示掃描量熱法（DSC）作為一種常用的熱分析方法，能夠精確測定材料的Tg等熱物性參數。

二、實驗部分

三、 測試條件

1. 平衡溫度 15.00℃

2. 10.00℃/min 速率升溫至 110.00℃

3. 恒溫 1.00min

4. 10.00℃/min 速率降溫至 15.00℃

5. 平衡溫度 15.00℃

6. 恒溫 3.00min

7. 10.00℃/min 速率升溫至 250.00℃ (Tg1)

8. 10.00℃/min 速率降溫至 15.00℃

9. 平衡溫度 15.00℃

10. 恒溫 3.00min

11. 10.00℃/min 速率升溫至 150.00℃ (Tg2)

四、結果與討論

根據DSC測試得到的涂料熱性能曲線（見圖），我們可以清晰地觀察到涂料的玻璃化轉變過程。在圖中，Tg的起點、終點及峰值均清晰可見。具體分析如下：

1. 固化行為分析
在 117.7℃ 附近的DSC吸熱峰對應涂料的 固化反應。此溫度下，涂料中化學組分發生交聯形成高分子網絡結構，產生一個明顯的固化峰，峰值溫度為 117.7℃，固化焓為 43.2173 J/g。固化過程使得涂料硬化成膜，賦予其較高的強度和化學穩定性。固化反應的峰值溫度和焓值可以用來優化涂料的配方，從而提高固化效率和最終涂層的性能。

2. 固化后的玻璃化轉變溫度（Tg2）

在固化反應完成后，涂料樣品的玻璃化轉變溫度（Tg）發生了變化。在第二次升溫過程中，測得固化后的玻璃化轉變溫度（Tg2）約為 150.00℃。Tg2的升高表明，經過固化后涂料的交聯密度提高，分子鏈的運動受到更多限制，導致玻璃化轉變溫度上升。Tg2是評估固化后涂料熱性能的重要指標，表明該涂料在較高溫度下依然能保持良好的力學性能和熱穩定性。

五、結論

通過DSC測試和分析，本文得出了某涂料的玻璃化轉變溫度（Tg）為 49.68℃，并確定了涂料在高于 54.54℃ 時發生的相變過程及其熱穩定性分析。這些結果為涂料的配方設計和實際應用提供了重要的參考信息。在實際使用中，了解Tg及熱穩定性對于選擇適合的涂料工作溫度范圍至關重要。

六、參考文獻

1. ASTM E1356-08（2014）通過差示掃描量熱法確定玻璃化轉變溫度的標準測試方法。

2. GBT_27816-2011_色漆和清漆用漆基_玻璃化轉變溫度的測定。

3. GB/T 19466.2塑料 差示掃描量熱法(DSC) 第2部分:玻璃化轉變溫度的測定