高聚物由高彈態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)椴AB(tài)的溫度,指無定型聚合物(包括結(jié)晶型聚合物中的非結(jié)晶部分)由玻璃態(tài)向高彈態(tài)或者由后者向前者的轉(zhuǎn)變溫度,是無定型聚合物大分子鏈段自由運動的最低溫度,通常用Tg表示,隨測定的方法和條件有一定的不同。高聚物的一種重要的工藝指標。在此溫度以上,高聚物表現(xiàn)出彈性;在此溫度以下,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。
化學結(jié)構
(1) 鏈的柔順性
分子鏈的柔順性是決定高聚物Tg的最重要的因素。主鏈柔順性越好,玻璃化溫度越低。主鏈由飽和單鍵構成的高聚物,因為分子鏈可以固定單鍵進行內(nèi)旋轉(zhuǎn),所以Tg都不高,特別是沒有極性側(cè)基取代時,其Tg更低。不同的單鍵中,內(nèi)旋轉(zhuǎn)位壘較的,Tg較低。例如,主鏈中含有孤立雙鍵的高聚物,雖然雙鍵本身不能內(nèi)旋轉(zhuǎn),但雙鍵旁的α單鍵更易旋轉(zhuǎn),所以Tg都比較低。例如,丁二烯類橡膠都有較低的玻璃化溫度。
(2)取代基
旁側(cè)基團的極性,對分子鏈的內(nèi)旋轉(zhuǎn)和分子間的相互作用都會產(chǎn)生很大的影響。側(cè)基的極性越強,Tg越高。此外,增加分子鏈上極性基團的數(shù)量,也能提高高聚物的Tg。但當極性基團的數(shù)量超過一定值后,由于它們之間的靜電斥力超過吸引力,反而導致分子鏈間距離增大,Tg下降。取代基的位阻增加,分子鏈內(nèi)旋轉(zhuǎn)受阻礙程度增加,Tg升高。應當強調(diào)指出,側(cè)基的存在并不總是使Tg增大的,取代基在主鏈上的對稱性對Tg也有很大影響,聚偏二氯乙烯中極性取代基對稱雙取代,偶極抵銷一部分,整個分子極性矩減小,內(nèi)旋轉(zhuǎn)位壘降低,柔性增加,其Tg比聚氯乙烯為低;而聚異丁烯的每個鏈節(jié)上, 有兩個對稱的側(cè)甲基,使主鏈間距離增大,鏈間作用力減弱,內(nèi)旋轉(zhuǎn)位壘降低,柔性增加,其Tg比聚丙烯為低。又如,當高聚物中存在柔性側(cè)基時,隨著側(cè)基的增大,在一定范圍內(nèi),由于柔性側(cè)基使分子間距離加大,相互作用減弱,即產(chǎn)生""內(nèi)增塑""作用,所以,Tg反而下降。
(3)幾何異構
單取代烯類高聚物如聚丙烯酸酯,聚苯乙烯等的玻璃化溫度幾乎與它們的立構無關,而雙取代烯類高聚物的玻璃化溫度都與立構類型有關。一般,全同立構的Tg較低,間同立構的Tg較高。在順反異構中,往往反式分子鏈較硬,Tg較大。
(4)離子鍵的引入
分子鏈間有離子鍵可以顯著提高Tg。例如,聚丙烯酸中加入金屬離子,Tg會大大提高,其效果又隨離子的價數(shù)而定。用Na+使Tg從l06℃提高到280℃;用Cu2+取代Na+, Tg提高到500℃。
其它結(jié)構因素的影響
(1) 共聚
無規(guī)共聚物的Tg介于兩種共聚組分單體的Tg之間,并且隨著共聚組分的變化,其Tg在兩種均聚物的Tg之間線性或非線性變化。非無規(guī)共聚物中,最簡單的是交替共聚,他們可以看成是兩種單體組成一個重復單元的均聚物,因此只有一個Tg。而嵌段或接枝共聚物情況就復雜多了。
(2)交聯(lián)
隨著交聯(lián)點的增加,高聚物自由體積減少,分子鏈的運動受到約束的程度也增加,相鄰交聯(lián)點之間平均鏈長變小,所以Tg升高。
(3)分子量
分子量的增加使Tg增加,特別是在分子量很小時,這種影響明顯,當分子量超過一定的程度后,Tg隨分子量變化就不明顯了。
(4)增塑劑和稀釋劑
增塑劑對Tg的影響也是相當顯著的,玻璃化溫度較高的聚合物在加入增塑劑后,可以使Tg明顯下降。
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