低場核磁研究橡膠玻璃化轉(zhuǎn)變溫度

什么是玻璃化轉(zhuǎn)變溫度？

玻璃化轉(zhuǎn)變溫度Tg是材料的一個(gè)重要特性參數(shù)，材料的許多特性都在玻璃化轉(zhuǎn)變溫度附近發(fā)生急劇的變化。以玻璃為例，在玻璃化轉(zhuǎn)變溫度，由于玻璃的結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，玻璃的許多物理性能如熱容、密度、熱膨脹系數(shù)、電導(dǎo)率等都在該溫度范圍發(fā)生急劇變化。

根據(jù)玻璃化轉(zhuǎn)變溫度可以準(zhǔn)確制定玻璃的熱處理溫度制度。對(duì)高聚物而言，它是高聚物從玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楦邚棏B(tài)的溫度，在玻璃化轉(zhuǎn)變溫度時(shí)，高聚物的比熱容、熱膨脹系數(shù)、粘度、折光率、自由體積以及彈性模量等都要發(fā)生一個(gè)突變。

橡膠玻璃化轉(zhuǎn)變的影響因素

由于玻璃化轉(zhuǎn)變是與分子運(yùn)動(dòng)有關(guān)的現(xiàn)象，而分子運(yùn)動(dòng)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(shí)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。

低場核磁研究橡膠玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的基本原理：

NMR是一種通過測(cè)定活性原子核的弛豫特性來描述分子運(yùn)動(dòng)特性的技術(shù)。用NMR測(cè)定玻璃化轉(zhuǎn)變溫度是基于弛豫時(shí)間(T1、T2)可以衡量玻璃化轉(zhuǎn)變時(shí)分子鏈段運(yùn)動(dòng)的急劇變化。與上述方法相比，NMR對(duì)所測(cè)食品樣品沒有限制，對(duì)樣品亦不具破壞性，靈敏度高，能夠快速、實(shí)時(shí)、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(diǎn)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(dòng)，聚合物由玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橄鹉z態(tài)時(shí)，含有質(zhì)子的基團(tuán)運(yùn)動(dòng)頻率增加，這些變化可由弛豫時(shí)間T1和T2來衡量。

當(dāng)聚合物處于玻璃態(tài)時(shí)，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(diǎn)所對(duì)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(diǎn)就看作為相轉(zhuǎn)變點(diǎn)，所對(duì)應(yīng)的溫度就是相轉(zhuǎn)變溫度，即我們所要測(cè)定的Tg。對(duì)于“U”曲線，其最底點(diǎn)，即為相轉(zhuǎn)變點(diǎn)，所對(duì)應(yīng)溫度為Tg。