測定玻璃化轉變溫度的常用方法-低場核磁共振法

測定玻璃化轉變溫度的常用方法-低場核磁共振法

什么是玻璃化轉變溫度？

玻璃化轉變溫度是指由高彈態轉變為玻璃態或玻璃態轉變為高彈態所對應的溫度。玻璃化轉變是非晶態高分子材料固有的性質，是高分子運動形式轉變的宏觀體現，它直接影響到材料的使用性能和工藝性能，因此長期以來它都是高分子物理研究的主要內容。

玻璃化轉變溫度是高分子聚合物的特征溫度之一。以玻璃化溫度為界，高分子聚合物呈現不同的物理性質：在玻璃化溫度以下，高分子材料為塑料；在玻璃化溫度以上，高分子材料為橡膠。從工程應用角度而言，玻璃化溫度是工程塑料使用溫度的上限，是橡膠或彈性體的使用下限。

玻璃化轉變的影響因素

由于玻璃化轉變是與分子運動有關的現象，而分子運動又和分子結構有著密切關系，所以分子鏈的柔順性、分子間作用力以及共聚、共混、增塑等都是影響高聚物Tg的重要內因。

此外，外界條件如作用力、作用力速率，升(陣)溫速度等也是值得注意的影響因索。

在玻璃化轉變溫度以上，高聚物表現出彈性；在玻璃化轉變溫度以下，高聚物表現出脆性，在用作塑料、橡膠、合成纖維等時必須加以考慮。如聚氯乙烯的玻璃化溫度是80℃。但是，他不是制品工作溫度的上限。比如，橡膠的工作溫度必須在玻璃化溫度以上，否則就失去高彈性。

測定玻璃化轉變溫度的常用方法：

1．膨脹計法：在膨脹計內裝入適量的受測聚合物，通過抽真空的方法在負壓下將對受測聚合物沒有溶解作用的惰性液體充入膨脹計內，然后在油浴中以一定的升溫速率對膨脹計加熱，記錄惰性液體柱高度隨溫度的變化。由于高分子聚合物在玻璃化溫度前后體積的突變，因此惰性液體柱高度-溫度曲線上對應有折點。折點對應的溫度即為受測聚合物的玻璃化溫度。

2．折光率法：利用高分子聚合物在玻璃化轉變溫度前后折光率的變化，找出導致這種變化的玻璃化轉變溫度。

3．熱機械法（溫度-變形法） 在加熱爐或環境箱內對高分子聚合物的試樣施加恒定載荷；記錄不同溫度下的溫度-變形曲線。類似于膨脹計法，找出曲線上的折點所對應的溫度，即為：玻璃化轉變溫度。

4．DTA法（DSC）：以玻璃化溫度為界，高分子聚合物的物理性質隨高分子鏈段運動自由度的變化而呈現顯著的變化，其中，熱容的變化使熱分析方法成為測定高分子材料玻璃化溫度的一種有效手段。

5．動態力學性能分析（DMA）法：高分子材料的動態性能分析（DMA）通過在受測高分子聚合物上施加正弦交變載荷獲取聚合物材料的動態力學響應。

6．低場核磁共振法：

NMR是一種通過測定活性原子核的弛豫特性來描述分子運動特性的技術。用NMR測定玻璃化轉變溫度是基于弛豫時間(T1、T2)可以衡量玻璃化轉變時分子鏈段運動的急劇變化。與上述方法相比，NMR對所測食品樣品沒有限制，對樣品亦不具破壞性，靈敏度高，能夠快速、實時、荃方位、定量的研究樣品。

玻璃化轉變是指非晶態的高聚物（包括晶態高聚物中的非晶體部分）從玻璃態到高彈態的轉變或者從高彈態到玻璃態的轉變。許多研究人員已經接受食品也是聚合物這一觀點并將其作為聚合物體系進行分析，聚合物玻璃化轉變的基礎是分子運動，聚合物由玻璃態轉變為橡膠態時，含有質子的基團運動頻率增加，這些變化可由弛豫時間T1和T2來衡量。

當聚合物處于玻璃態時，T2不隨溫度而變，表現出剛性晶格的性質，玻璃化轉變后，突破剛性晶格的限制，T2隨溫度升高而增大。繪制T2-溫度曲線，T2轉折點所對應的溫度即玻璃化轉變溫度Tg。

T2-溫度曲線和T1-溫度曲線都是由兩條近似直線的不同斜率的直線部分組成，這兩條直線的交點就看作為相轉變點，所對應的溫度就是相轉變溫度，即我們所要測定的Tg。對于“U”曲線，其蕞低點，即為相轉變點，所對應溫度為Tg。