1H NMR研究溶质浓度对三碳多元醇水溶液氢键作用以及玻璃化的影响

为考察溶质浓度对三碳多元醇水溶液氢键作用以及不同物质玻璃态形成能力的影响,采用¹H NMR外标法研究不同浓度的1-丙醇（NPA）,2-丙醇（IPA）,1,2-丙二醇（PG）,1,3-丙二醇（PD）和丙三醇（glycerol）的水溶液在室温常压下质子化学位移.结果表明:具有CH₃CH（OH）一基团的PG烷基质子的化学位移变化趋势与其他几种醇相比有较大差异.醇羟基质子与水分子的氧形成较强O-H…O氢键.相同摩尔分数下,羟基数的增加导致水质子和羟基质子的化学位移降低,而且羟基位置不同也会导致水质子和羟基质子化学位移差异.这几种三碳多元醇碱性强弱的顺序和降低冰的均相成核温度能力的顺序一致,即glycerol>PG>PD>IPA>NPA,¹H NMR技术表明glycerol和PG更适合用作低温保护剂.     

基于位形熵模型的山梨醇玻璃焓松弛的量热分析

利用DSC技术考察了无定形山梨醇体系的焓松弛行为, 在10 K•min^－1的升温速率下测定了经历不同降温速率(0.5～20 K•min^－1)的山梨醇在玻璃化转变(T_g)前后的比热容[c_p(T)]. 利用基于位形熵演变的焓松弛现象学模型(GR模型)模拟了实验数据. 不论是否假设松弛过程存在一个亚稳极限态, 模型参数均能很好地重现经历不同热历史体系的升温c_p(T)曲线. 在物理意义明确的模型参数组中, 除了非指数参数随降温速率的增加而增加外, 其余均不随热历史的变化而变化. 拟合较低降温速率下c_p(T)曲线获得的GR模型参数的预测力明显好于在较大降温速率下获得的结果. 由于松弛时间对拟合过程中选择的“固定参数”的取值很敏感, 因此模型能否预测体系的比热容不能看成确定松弛时间的唯一依据. 在利用GR模型分析无定形山梨醇体系的脆度时, 如果选择极限假想温度作为T_g, 会导致计算结果明显小于文献值.     

木糖醇玻璃焓松弛的量热分析

为了考察木糖醇的玻璃化转变和焓松弛行为,寻求碳链长度对线性多元醇玻璃化转变和焓松弛行为的影响,利用差示扫描量热(DSC)技术测定了不同降温速率下木糖醇在玻璃化转变温度(Tg)前后的比热容(Cp),通过曲线拟合获得了TNM(Tool-Narayanaswamy-Moynihan)模型参数,并和其他多元醇类已有研究结果进行对照.结果表明,尽管TNM模型可以很好地重现不同降温速率体系的实验比热容数据,但模型参数并不是材料常数,而是和热历史有关,不同的降温速率对应不同的模型参数.指前因子(A)、非线性参数(x)和非指数参数(β)均随着降温速率的增加而降低,松弛活化焓(△h*)的变化趋势刚好相反.几种线性多元醇玻璃化转变和TNM模型参数的对照表明,玻璃化转变温度,松弛活化焓和动力学脆度(m)都随着烷基碳链长度的增加而增加.虽然非线性参数、非指数参数随碳链长度的增加有降低的趋势,但木糖醇展现出反常变化的情形.     

退火条件对山梨醇玻璃焓松弛参数的影响

采用差示扫描量热法(DSC)测定山梨醇样品经历不同时间(t_a)等温退火后, 以10 K·min^-1速率进行升温时玻璃化转变温度(T_g)前后的比热容(C_p(T)). 将Gómez Ribelles (GR)提出的一种基于构型熵的现象学模型用于描述山梨醇玻璃的焓松弛行为, 考察GR模型能否适用于小分子玻璃体系. 结果表明, 单组GR模型参数拟合的曲线均能较好重现对应热历史条件下的山梨醇体系的实验所得C_p(T)曲线, 尽管并未找到不随热历史而变的一组参数作为材料常数, 但与其它现象学模型应用于小分子玻璃时, 其模型参数都随热历史变化而变化的特点相比, GR模型的某些参数基本保持不变. 且在较长退火时间下拟合得到的模型参数普适性较好. 同经历连续降温的山梨醇相比, 等温退火过程得到的松弛极限态参数(δ)的平均值与T_g处比热容增量(ΔC_p(T_g))的比值明显增大, 但仍小于聚合物的值, 表明GR模型提出的亚稳极限态对小分子玻璃的影响值得商榷.