光固化实验做了那么多，你对Tg这个基本且重要的概念究竟了解多少？

光固化实验做了那么多，你对Tg这个基本且重要的概念究竟了解多少？ 收录于话题 #UV技术文章 9 #新闻和行业动态 10

原标题

了解玻璃化转变温度：第1部分

(Understanding Glass Transition Temperature: Part 1)

编译：杜鹏，润奥化工

原文作者：Byron K. Christmas, Ph.D.

Professor of Chemistry, Emeritus

University of Houston-Downtown

推荐阅读

这个单体可以解决你UV喷墨，涂料和3D打印中的新挑战

必看！光固化的固化深度和表面固化，讲的不能再清楚了

这5篇光固化技术文章是北美协会官网上的爆款，我们将陆续呈现

关键词：玻璃化转变温度 Tg 无定形 晶体

在上一期的《教授角(Professor’s Corner)》中，我们使用了一个简单的橡皮筋，来说明其大分子结构如何创造了独特的特性。柔顺性是玻璃化转变温度(Glass Transition Temperature，缩写：Tg)非常低的结果。虽然不同的橡皮筋拥有不同组分且表现各异，但Tg的典型值是-125°C。在正常使用条件下，橡皮筋的使用温度很可能比Tg高出150°C左右，这使其非常柔顺且可延伸。那么，究竟什么是Tg？

玻璃化转变温度：第1部分

Tg是玻璃状的脆性材料变成橡胶状和柔顺的温度。例如，在仲夏时节花园中的软管，是相当柔顺的。现在想象一下在气温-4°F(-20°C)的寒冷冬季，你可能徒手就可以折断它！在前一种情况下，软管所处温度高于其Tg；而在后一种场景，软管所处温度明显低于Tg。

为了更好地了解Tg，对形态学进行一下简短的讨论会有帮助。马尔科姆·史蒂文斯(Malcolm Stevens)教授将聚合物形态定义为"...聚合物分子的结构、排列和物理形式......"。它描绘了单个分子在三维空间中相互之间的关系。

从广义上讲，聚合物具有两种形态："无定形"和"晶体"。非晶聚合物——那些"没有结构"的聚合物——在分子水平上几乎没有顺序，而晶体聚合物的排列顺序相对较高。

聚合物的超长且纠缠的链结构创造了无定形区域，并使得所有聚合物(包括发生了UV或EB聚合的)中，至少存在一定程度的无定形特征。因此，典型的聚合物样品将包含以无定形为主的区域或范围，以及晶体区域——即聚合物链相对有序排列的区域。

上图用一个简单的"煮熟的意大利面"模型描绘了一种线性聚合物。仔细观察，你可以看到有的区域中意大利面条彼此紧密有序排列。这些可以视为晶体区域，它嵌入在无定形、随机分布的混乱面条团中。

由于没有聚合物是真正的100% "晶体"，因此含有部分晶体的聚合物通常被称为"半晶体"，聚合物样本中的晶体域被称为"微晶区域"或"微晶体"。

需要特别注意的是，只有聚合物样品中的无定形区域才会显示出Tg，即二次热力学相转变。另一方面，如果存在微晶区域，它可能会经历类似于熔化的主体相变，而不仅仅是"软化"。因此，除了表现出Tg以外，半晶体材料还可能展示出Tm——也就是晶体熔化的温度。

虽然此处是以线性聚合物来举例的，但支化和交联的聚合物也含有显着的无定形特性，因此，原则上也会表现出Tg。除非交联密度过高，否则原则上交联并不会阻止链段运动。

不过需要注意的是，如果无定形区域的含量过低，聚合物可能在实验中无法表现出Tg。

此外，如果交联聚合物具有足够高的交联密度，比如能量固化的聚合物，则可能无法表现出Tg。这是因为它可能会过于刚性，无法允许链段运动所致，即使这时无定形部分是占主导的。

当聚合物所处的温度经过Tg时，在分子层面上发生了什么？史蒂文斯(Stevens)将这种过渡称为远程链段运动的开始，并将"链段"描述为链上包含的20到50个的原子。

温度在Tg以下时，样品中的非晶区被锁定在玻璃态的刚性结构中。这意味着，随着温度的升高(温度也是分子平均动能的一个指标)，样品仅局限于分子振动的增加，而不是协同的链段运动。

然而，在Tg这个温度时，许多变化开始发生。其中任何一个变化，原则上都可以在实验中用来确定Tg值。这些变化包括但不限于，样品比容的变化、聚合物热容的变化、聚合物储存或散发能量能力的变化等等。

在下一期的《教授角》中，本讨论的第2部分将提供有关用于测量聚合物Tg的各种主要方法的信息，包括膨胀测量术、差示扫描量热法(DSC)和动态力学分析(DMA)。我们将对这些方法的准确性和灵敏度进行比较和对比。对于给定的聚合物，不同分析方法通常会给出不同的Tg 值，届时也将给出造成这些差异的可能原因。

有技术问题？

关于聚合物科学、光聚合或其他有关UV/EB聚合的化学和技术，你的技术问题是什么？你的问题将有助于指导本栏目的未来选题。请向dianna@petersonpublications.com直接发送电子邮件来联系UV+EB 技术的执行编辑戴安娜·布罗丁(Dianna Brodine)提交你的问题。

编译者简介

杜鹏，四川大学高分子硕士，香港科技大学MBA，曾在德国WHU商学院及墨西哥IPADE商学院学习。从事光固化行业20余年，曾先后在全球最领先的两家光固化企业任职，从事技术、销售和管理工作。常在各种国际国内的会议和论坛上作报告，并为在校大学生讲解光固化课程。发表光固化相关微信原创文章近千篇。现任润奥化工董事长。马拉松和铁人三项运动选手。

扫码添加作者微信

让沟通交流更直接

光固新材微信交流群

识别二维码

添加群主为好友后邀请入群

UV行业通讯录

上下游，招人才，同行互通丰富资源

目前成员超5000人

期待你的

分享

点赞

在看