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發(fā)布時間:2023-08-15 16:54:12 0
高分子化合物的相對分子質(zhì)量與高分子材料的性能有密切聯(lián)系,因此選擇合適分子量測試技術(shù)非常重要。根據(jù)統(tǒng)計(jì)方法不同,高分子化合物分子量有數(shù)均分子量、重均分子量、粘均分子量以及Z均分子量。不同的類型對應(yīng)不同的方法,其中,粘度法和凝膠滲透色譜法(GPC法)兩種方法操作簡便,準(zhǔn)確度高,目前是實(shí)驗(yàn)室最為常用的兩種方法。
1.高分子化合物的分子量及分子量分散程度
通常,高分子化合物的分子量高達(dá)上萬甚至幾十萬。正是由于很高的分子量,使得聚合物具有力學(xué)性能,這是低分子化合物所不具備的。
高分子化合物的分子量對其材料的力學(xué)強(qiáng)度有密切的聯(lián)系。因此,分子量的測試對于高分子材料的應(yīng)用尤為重要。當(dāng)分子量較低時,聚合物不具備力學(xué)性能;當(dāng)分子量達(dá)到一定程度時,聚合物才表現(xiàn)一定的力學(xué)強(qiáng)度,隨后材料的力學(xué)強(qiáng)度隨著分子量的增加迅速提高;當(dāng)聚合物分子量足夠大時,材料力學(xué)強(qiáng)度隨著分子量的增加沒有太大的變化。
2.數(shù)均分子量測試
常見的方法有:端基滴定法、沸點(diǎn)升高法、冰點(diǎn)降低法、滲透壓法。這些方法主要利用溶液的依數(shù)性,屬于相對方法。但由于以上方法操作局限性大,實(shí)驗(yàn)精度不夠,可測試的分子量范圍不廣,基本上了解原理即可。
2.1 端基滴定
如果待測樣品初步估計(jì)分子量不大,化學(xué)結(jié)構(gòu)明確,且其末端具有能夠通過化學(xué)方法進(jìn)行定量分析的基團(tuán),那么可以通過分析一定重量的聚合物中端基數(shù)目來確定其分子量,如聚己內(nèi)酰胺,其末端一端為氨基,一端為羧基。
但是隨著線型聚合物結(jié)構(gòu)單元數(shù)的增加,端基在分子鏈中的比例降低,使得實(shí)驗(yàn)誤差增加,故該方法不適用于分子量較大的聚合物。另外,如果待測樣品存在支鏈或者交聯(lián)結(jié)構(gòu),也不適用于該方法。
2.2 沸點(diǎn)升高法、熔點(diǎn)降低法
該方法是利用溶液的依數(shù)性測定分子量的經(jīng)典物理化學(xué)方法。所謂依數(shù)性,就是溶液的某些性質(zhì)與溶液的濃度有關(guān),與溶液的化學(xué)組成無關(guān)。在純?nèi)軇┲屑尤肷倭康娜苜|(zhì)形成稀溶液,其沸點(diǎn)和熔點(diǎn)會發(fā)生變化。
2.3 滲透壓
如果用半透膜將樣品池分隔為兩部分,一部分加入純?nèi)軇?,另一部分加入濃度已知的聚合物稀溶液,控制起始液面等高度。由于純?nèi)軇┡c溶液的化學(xué)位不相等,溶劑分子能自由穿過半透膜,而聚合物分子無法穿過半透膜,導(dǎo)致兩邊液面出現(xiàn)高度差,當(dāng)溶劑分子穿越速率與兩側(cè)靜壓力差達(dá)成動態(tài)平衡后,兩側(cè)液面高度差將保持不變,而此時,液面的高度差與溶液的滲透壓成正比。
3.重均分子量的測試
主要有光散射法、小角激光光散射法、超速離心沉降法等,但超速離心沉降法操作過程復(fù)雜,逐漸有被光散射法以及GPC法代替的趨勢。其中,光散射法是較為經(jīng)典的測試方法,屬于相對方法,本文僅對光散射法展開詳細(xì)說明。
3.1 光散射法
該方法基于聚合物溶液光學(xué)性能的不均勻性,通過測定聚合物溶液中光散射現(xiàn)象,建立聚合物溶液濃度與相對分子質(zhì)量之間的關(guān)系。
當(dāng)入射光通過某種介質(zhì)時,部分光線不改變光路,而部分光線的傳播方向發(fā)生散射或折射。散射光方向與入射光方向夾角為θ,成為散射角。而發(fā)生散射光的質(zhì)點(diǎn)稱為散射中心,散射中心與觀察點(diǎn)的距離為觀察距離r。散射光的強(qiáng)度與散射質(zhì)點(diǎn)發(fā)出的散射光是否相互干渉有關(guān)。
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