玻璃化轉變現象是非常複雜的，至今還沒有比較完善的理論可以解釋實驗事實。現有的玻璃化轉變理論包括：自由體積理論、熱力學理論、動力學理論、模態耦合理論、固體模型理論等。每一種理論只能解決玻璃化轉變中部分實驗現象。
基本介紹
- 中文名：玻璃化轉變理論
- 沒有：可以解釋實驗事實
- 包括：自由體積理論、熱力學理論
- 人物：Fox和Flory
自由體積理論,熱力學理論,動力學理論,
自由體積理論
自由體積理論最初由Fox和Flory提出來的，主要工作是由Turnbull和Cohen完成。自由體積理論認為：液體或固體的體積由兩部分組成，一部分是被分子占據的體積，稱為已占體積；另一部分是未被占據的體積，稱為自由體積。後者以“空穴”的形式分散於整個物質之中，自由體積的存在為分子鏈通過轉動和位移調整構象提供可能性。當高聚物冷卻時，自由體積先逐漸減小，到達某一溫度時，自由體積達到最低值，維持不變。此時，高聚物進入玻璃態。因而高聚物的玻璃態可視為等自由狀態。
自由體積理論採用一個參量——自由體積描述玻璃化轉變過程中物性的變化，能夠很好地解釋玻璃化轉變附近的粘度和熱容隨溫度的變化關係。但是研究發現：淬火後高聚物，在Tg以下，自由體積隨著放置時間延長而不斷減小。這是自由體積理論的不足之處。
熱力學理論
玻璃化轉變的熱力學理論是Gibbs和DiMarzio在20世紀60年代末為解釋聚合物玻璃化轉變而提出的，簡稱為G-D理論。G-D理論認為：溫度降低時，構象熵隨著溫度降低而減少，當構象熵降低至零時，物質發生玻璃化轉變(構象熵隨溫度變化)。構象熵包括所有聚合物的構型、位置及取向。
聚集態下高聚物的構象熵是很難計算的，想計算出高聚物的二級相變溫度T2和玻璃化轉變溫度Tg是非常困難的。但是G-D理論成功地解釋了高聚物玻璃化轉變過程中的增塑劑效應、交聯度等問題。
動力學理論
動力學理論一種類型是位壘理論。該理論認為：高分子鏈段構象重排時，涉及到主鏈上的單鍵的旋轉，鍵的旋轉存在著位壘。當溫度在Tg以上時，分子運動有足夠的能量去克服位壘，達到平衡。當溫度降低時，分子熱運動的能量不足以克服位壘，於是發生分子運動的凍結。位壘理論示意圖見圖3 。
由圖3可以知道，兩個能量狀態E1，E2存在能量差，正因為能量差促使高聚物玻璃化轉變。
玻璃化轉變現象具有明顯的動力學性質，位壘理論從理論驗證了這一點，而且很好地解釋玻璃化轉變中的弛豫現象。但是，位壘理論無法從分子結構的角度預算玻璃化轉變溫度。
熱力學理論很難說明玻璃化轉變時複雜的時間依賴性，而動力學理論難以從分子結構角度預算Tg。比較完善的玻璃化轉變理論應該同時考慮這兩方面。
