实验1密度梯度管法测定聚合物的密度和结晶度.docVIP

实验1 密度梯度管法测定聚合物的密度和结晶度 1. 实验目的 (1)掌握密度梯度管法测定聚合物密度和结晶度的基本原理。 2)学会以连续注入法制备密度梯度管的技术及密度梯度的标定方法。 3)用密度梯度管法测定聚合物的密度，并由密度计算结晶度。 实验原理 聚合物密度是聚合物物理性质的一个重要指标，是判定聚合物产物、指导成型加工和探索聚集态结构与性能之间关系的一个重要数据。尤其是结晶性聚合物，结晶度是聚合物性质很重要的指标，密度与表征内部结构规则程度的结晶度有密切的关系。因此，通过聚合物密度和结晶度的测定，研究结构状态进而控制材料的性质。 密度梯度管法是利用悬浮原理测定高聚物密度的常用方法，具有设备简单、操作容易、应用灵活，准确快速、能同时测定在一个相当范围内的不同密度试样的优点。对于密度相差极小的试样，更是一种有效的高灵敏度的测定方法。 聚合物结晶度的测定方法很多，X－射线衍射法、红外吸收光谱法、差热分析法、反相色谱法等，但这些方法都需要复杂的仪器设备，而用密度梯度管法从测得的密度换算到结晶度，设备简单且数据可靠，是测定结晶度的常用方法。 密度梯度管是一个有刻度的柱形玻璃管，选用不同密度的可以互相混溶的两种液体，配制成一系列等差密度混合液，按低密度（轻液）居上，高密度（重液）居下的层次，以等体积分次地注入到柱形玻璃管中，由液体分子自行扩散；也可由两种液体经适当地混合和自流，使连续注入管中的液体不断改变密度。最后形成密度从上至下逐渐增大，并呈现连续的线性分布的液柱，通称为密度梯度管或密度梯度柱。再将已知准确密度的6～8个玻璃小球（φ≈3mm）投入管中，标定液柱的密度梯度。以小球密度对其在液柱中的高度作图，得一曲线（图－1），其中间一段呈直线，两端略弯曲。向管中投入被测试样后，试样下沉至与其密度相等的位置就悬浮着，测试试样在管中的高度后，由密度－液柱高度的直线关系图上查出试样的密度。也可用内插法计算试样的密度。结晶性聚合物都是部分结晶的，即晶体和非晶体共存。而晶体和非晶体的密度不同，晶区密度高于非晶区密度，因此同一聚合物由于结晶度不同，样品的密度不同，如果采用两相结合模型，并假定比容具有加和性，即结晶聚合物试样的比容（密度的倒数）等于晶区和非晶区比容的线性加和，则有： （－1） 式中：——结晶度（即聚合物中结晶部分的质量百分比） ——被测聚合物完全结晶（即100%结晶）时的密度 ——被测聚合物完全不结晶（无定形）时的密度 则从测得的高聚物试样密度可算出结晶度： （－2） 图－1 密度梯度管的标定曲线（乙醇－水混合体系）实验仪器及试剂 仪器：恒温水浴、测高仪、密度计、标准玻璃小球一组、带磨口塞玻璃密度梯度管、配制密度梯度管的装置、注射器、电磁搅拌器等。 药品：无水乙醇、蒸馏水、聚乙烯、聚丙烯（小粒样品）。实验步骤 1)密度梯度管的制备 根据欲测试样密度的大小和范围，确定梯度管测量范围的上限和下限，然后选择两种合适的液体，使轻液的密度等于上限，重液的密度等于下限。同时应该注意到，如选用的两种液体密度值相差大，所配制成的梯度管的密度梯度范围就大，密度随高度的变化率较大，因而在同样高度管中其精确度就低。选择好液体体系是很重要的，常用的典型体系如表－l所示。表－1 常见的密度梯度管溶液体系 体 系 密度范围（g/cm3） 甲醇－苯甲醇 0.80-0.92 异丙醇－水 0.79～1.00 乙醇－水 0.79～1.00 异丙醇－缩乙二醇 0.79～1.11 乙醇－四氯化碳 0.79～1.59 甲苯－四氯化碳 0.87～1.59 水－溴化钠 1.00～1.41 水－硝酸钙 1.00～1.60 四氯化碳－二溴丙烷 1.60～1.99 二溴丙烷－二溴乙烷 1.99～2.18 1，2-二溴乙烷－溴仿 2.18～2.29 选择密度梯度管的液体，除满足所需密度范围外还要求：①不被试样吸收，不与试样起任何物理、化学反应；②两种液体能以任何比例相互混合；③两种液体混合时不发生化学作用；④具有低的粘度和挥发性。 本实验选择乙醇－水体系，其密度变化范围在0.79～1.00g/cm3之间，对于高压聚乙烯、低压聚乙烯、等规聚丙烯均适用。 密度梯度管的配制方法简单，一般有三种方法： 1）两段扩散法先把重液倒入梯度管的下半段（为总液体量的一半），再把轻液非常缓慢地沿管壁倒入管内的上半段，两段液体间应有清晰的界面。切勿使液体冲流造成过度的混合。导致非自行扩散而影响密度梯度的形成。然后用一根长的搅拌棒轻轻插至两段液体的界面作旋转搅动约10s，至界面消失。梯度管盖上磨口塞后，平稳移入恒温槽中，梯度管内液面应低于槽内水的液面恒温放置约24h后，梯度即能稳定，可以应用