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探究玻璃化转变温度(Tg)

探究玻璃化转变温度(Tg) 上海英诺威新材料
2016-05-05
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 探究玻璃化转变温度(Tg)

 

    

    我们通常把玻璃态与高弹态之间的转变,称为玻璃化转变,它所对应的转变温度即是玻璃化转变温度,或是玻璃化温度Tg)。

        玻璃化转变是非晶态高分子材料固有的性质,是高分子运动形式转变的宏观体现。根据高分子的运动力形式不同,绝大多数聚合物材料通常可处于以下四种物理状态(或称力学状态):玻璃态、粘弹态、高弹态(橡胶态)和粘流态。而玻璃化转变则是高弹态和玻璃态之间的转变,从分子结构上讲,玻璃化转变温度是高聚物无定形部分从冻结状态到解冻状态的一种松弛现象。在玻璃化转变温度以下,高聚物处于玻璃态,分子链和链段都不能运动,只是构成分子的原子(或基团)在其平衡位置作振动,在外力作用下只会发生非常小的形变。而在玻璃化转变温度时分子链虽不能移动,但是链段开始运动,表现出高弹性质。温度再升高,就使整个分子链运动而表现出粘流性质,此时形变不可能恢复,此状态即为粘流态。 

玻璃化转变温度Tg)的计算与测定

       单体的玻璃化温度可以在工具书中查阅,这里的玻璃化转变温度计算主要为均聚物的计算,我们可以采用Fox公式获得Tg计算值。 

        玻璃化转变温度的测定主要有膨胀计法、折光率法、热机械法、DTA法、动态力学性能分析(DMA)法、核磁共振法(NMR),这里篇幅要求不一一赘述。

 影响Tg值的因素

化学结构 
(1)
链的柔顺性  分子链的柔顺性是决定高聚物Tg的最重要的因素。主链柔顺性越好,玻璃化温度越低。 主链由饱和单键构成的高聚物,因为分子链可以固定单键进行内旋转,所以Tg都不高, 特别是没有极性侧基取代时,其Tg更低。

(2)取代基   旁侧基团的极性,对分子链的内旋转和分子间的相互作用都会产生很大的影响。一般情况下,侧基的极性越强,Tg越高。增加分子链上极性基团的数量,也能提高高聚物的Tg。但当极性基团的数量超过一定值后,由于它们之间的静电斥力超过吸引力,反而导致分子链间距离增大,Tg下降。

(3)几何异构单取代烯类高聚物如聚丙烯酸酯、聚苯乙烯等的玻璃化温度几乎与它们的立构无关,而双取代烯类高聚物的玻璃化温度都与立构类型有关。一般,全同立构的Tg较低,间同立构的Tg较高。在顺反异构中,往往反式分子链较硬,Tg大。 
(4)
离子键的引入分子链间有离子键可以显著提高Tg

2,其他结构因素的影响 
(1)
共聚    无规共聚物的Tg介于两种共聚组分单体的Tg之间,并且随着共聚组分的变化,其Tg在两 种均聚物的Tg之间线性或非线性变化。 非无规共聚物中,最简单的是交替共聚,他们以看成是两种单体组成一个重复单元的均聚物,因此只有一个Tg。而嵌段或接枝共聚物情况就复杂多了。 
(2)
交联   随着交联点的增加,高聚物自由体积减少,分子链的运动受到约束的程度也增加,相邻交联点之间平均链长变小,所以Tg升高。  
(3)
分子量    分子量的增加使Tg增加,特别是在分子量很小时,这种影响明显,当分子量超过一定的程度后,Tg随分子量变化就不明显了。  
(4)
增塑剂和稀释剂    增塑剂对Tg的影响也是相当显著的,玻璃化温度较高的聚合物在加入增塑剂后,可以使Tg明显下降。




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