測定玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的常用方法-低場核磁共振法

什么是玻璃化轉(zhuǎn)變溫度？

玻璃化轉(zhuǎn)變溫度是指由高彈態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)椴ＡB(tài)或玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楦邚棏B(tài)所對應(yīng)的溫度。玻璃化轉(zhuǎn)變是非晶態(tài)高分子材料固有的性質(zhì)，是高分子運(yùn)動形式轉(zhuǎn)變的宏觀體現(xiàn)，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(nèi)容。

玻璃化轉(zhuǎn)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(xiàn)不同的物理性質(zhì)：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(yīng)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(zhuǎn)變的影響因素

由于玻璃化轉(zhuǎn)變是與分子運(yùn)動有關(guān)的現(xiàn)象，而分子運(yùn)動又和分子結(jié)構(gòu)有著密切關(guān)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(nèi)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(zhuǎn)變溫度以上，高聚物表現(xiàn)出彈性；在玻璃化轉(zhuǎn)變溫度以下，高聚物表現(xiàn)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(zhuǎn)變溫度的常用方法：

1．膨脹計法：在膨脹計內(nèi)裝入適量的受測聚合物，通過抽真空的方法在負(fù)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(nèi)，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(yīng)有折點。折點對應(yīng)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(zhuǎn)變溫度前后折光率的變化，找出導(dǎo)致這種變化的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度。

3．熱機(jī)械法（溫度-變形法） 在加熱爐或環(huán)境箱內(nèi)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(yīng)的溫度，即為：玻璃化轉(zhuǎn)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(zhì)隨高分子鏈段運(yùn)動自由度的變化而呈現(xiàn)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(tài)力學(xué)性能分析（DMA）法：高分子材料的動態(tài)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(tài)力學(xué)響應(yīng)。

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(yùn)動特性的技術(shù)。用NMR測定玻璃化轉(zhuǎn)變溫度是基于弛豫時間(T1、T2)可以衡量玻璃化轉(zhuǎn)變時分子鏈段運(yùn)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(zhuǎn)變是指非晶態(tài)的高聚物（包括晶態(tài)高聚物中的非晶體部分）從玻璃態(tài)到高彈態(tài)的轉(zhuǎn)變或者從高彈態(tài)到玻璃態(tài)的轉(zhuǎn)變。許多研究人員已經(jīng)接受食品也是聚合物這一觀點并將其作為聚合物體系進(jìn)行分析，聚合物玻璃化轉(zhuǎn)變的基礎(chǔ)是分子運(yùn)動，聚合物由玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橄鹉z態(tài)時，含有質(zhì)子的基團(tuán)運(yùn)動頻率增加，這些變化可由弛豫時間T1和T2來衡量。

當(dāng)聚合物處于玻璃態(tài)時，T2不隨溫度而變，表現(xiàn)出剛性晶格的性質(zhì)，玻璃化轉(zhuǎn)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(zhuǎn)折點所對應(yīng)的溫度即玻璃化轉(zhuǎn)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(zhuǎn)變點，所對應(yīng)的溫度就是相轉(zhuǎn)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(zhuǎn)變點，所對應(yīng)溫度為Tg。