[發明專利]基于石英晶體振蕩器技術的玻璃化溫度的測量方法

無效

• 申請號: 201410229378.9
• 申請日: 2014-05-28
• 公開（公告）號: CN104020186A
• 公開（公告）日: 2014-09-03
• 發明（設計）人: 何丹農;王萍;夏智偉
• 申請（專利權）人: 上海納米技術及應用國家工程研究中心有限公司
• 主分類號: G01N25/12
• 分類號: G01N25/12
• 代理公司: 上海東方易知識產權事務所 31121
• 代理人: 唐莉莎

技術領域

本發明涉及一種玻璃化溫度的測定方法，具體是利用石英晶體振蕩器技術，測定高分子聚合物在界面處的玻璃化溫度。該發明屬于物理化學領域。

背景技術

根據高聚物的力學性能隨溫度的變化特點，可以把非晶態高聚物按溫度區域劃分為玻璃態、高彈態和粘流態。玻璃態轉變為高彈態，轉變溫度就成為玻璃化溫度Tg。通常玻璃化轉變溫度不象低分子物質的熔點那樣是固定的值，而是隨外力作用的大小，加熱速度和測量方法而改變的，因此玻璃化溫度只是一個范圍，而我們通常所說的玻璃化溫度Tg是這個范圍的中間值。

玻璃化轉變時，許多物理性能發生了急劇變化。例如比容、線性膨脹系數、折光率、溶劑在聚合物中的擴散系數、比熱容、動態力學損耗等。所有在玻璃化轉變過程中發生突變或不連續變化的物理性質多可以用來測量玻璃化轉變的溫度。如常用的玻璃化溫度的測量方法有如下幾種：利用體積變化測量Tg--膨漲法；利用熱力學性質變化的方法—比熱示差掃描量熱儀(Differential?Scanning?Calorimeter,?DSC)；還有利用力學性質變化以及電磁性質變化的方法等等。

使用石英晶體振蕩器技術，可以通過測量石英晶體的頻率和耗散因子的變化，精確的計算出晶體表面薄膜的力學性質的變化，即剪切模量和粘度的變化，從而通過觀察該粘彈性的變化來確定玻璃化轉變過程。

發明內容

為克服現有技術的不足，本發明提供一種基于石英晶體振蕩器技術的玻璃化溫度的測量方法。

一種基于石英晶體振蕩器技術的玻璃化溫度的測量方法，其特征在于，測量界面處聚合物薄膜的玻璃化溫度，包括如下步驟：

將鍍金的石英晶體用H₂SO₄：H₂O₂=3:1的Piranha?溶液超聲清洗3分鐘，然后用三次蒸餾水超聲3分鐘，洗3次，并將氮氣吹干的晶體裝入測量池；

（1）測量石英晶體本身隨溫度變化的特性：

將溫度范圍設為25攝氏度至61攝氏度，每2度升溫一次，待信號穩定后測定頻率和耗散因子數據；先升溫后降溫，共測量3次；

（2）測量高聚物膜的玻璃化溫度：

采用分子量為22672g/mol的聚甲基丙烯酸正丁酯，將聚甲基丙烯酸正丁酯溶于四氫呋喃溶液，配置成溶液，通過控制溶液的濃度來達到控制膜厚的目的；然后取0.5毫升聚甲基丙烯酸正丁酯溶液滴加在鍍金石英晶體表面，后放入干燥箱中干燥48小時；取出后，將該帶有待測物的晶體放入測量池，根據其溫度范圍以一定的速率升溫，降溫，并采集數據計算粘度與溫度的關系。

所述晶體為AT切，基頻5MHz的石英晶體。

本發明的優點在于：

（1）相比于常規測量玻璃化轉變溫度的儀器，如DSC，所得參數少，不利于細致的分析。而石英晶體振蕩器技術可以實時觀察采集數據，能夠動態掌握在玻璃化轉變的過程中的具體參數。

（2）本測量方法，所需樣品量少，測量快速便捷。

（3）本測量方法可以用于測量不同膜厚對于聚合物玻璃化轉變溫度的影響。

附圖說明

圖1為所采用的石英晶體本身隨溫度變化圖。

圖2為當待測物發生玻璃化轉變時粘度隨溫度變化示意圖。

具體實施方式

以下通過具體的實施例對本發明的技術方案作進一步描述。以下的實施例是對本發明的進一步說明，而不限制本發明的范圍。

實施例1：

首先，將鍍金的石英晶體用Piranha?溶液（H₂SO₄：H₂O₂=3:1）超聲清洗3分鐘，然后用三次蒸餾水超聲3分鐘，洗3次，并將氮氣吹干后的晶體裝入測量池。我們采用的晶體為AT切，基頻5MHz的石英晶體。

聚甲基丙烯酸正丁酯（PBMA）分子量為22672g/mol，現將PBMA溶于四氫呋喃溶液，配置成0.5mg/ml濃度的溶液，通過控制溶液的濃度來達到控制膜厚的目的(可配制不同濃度溶液)。然后取0.5mlPBMA溶液滴加在鍍金石英晶體表面。后放入干燥箱中干燥48小時。取出后，將該帶有待測物的晶體放入測量池，根據其溫度范圍以一定的速率升溫，降溫，并采集數據，計算出粘度隨溫度的變化。

實施例2：