实验8 密度梯度管法测定聚合物的密度和结晶度.doc

实验八密度梯度管法测定聚合物
的密度和结晶度
密度梯度法是测定聚合物密度的方法之一。聚合物的密度是聚合物的重要参数。聚合物结晶过程中密度变化的测定,可研究结晶度和结晶速率;拉伸、退火可以改变取向度和结晶度,也可通过密度来进行研究;对许多结晶性聚合物其结晶度的大小对聚合物的性能、加工条件选择及应用都有很大影响。聚合物的结晶度的测定方法虽有X射线衍射法、红外吸收光谱法、核磁共振法、差热分析、反相色谱等等,但都要使用复杂的仪器设备。而用密度梯度管法从测得的密度换算到结晶度,既简单易行又较为准确。而且它能同时测定一定范围内多个不同密度的样品,尤其对很小的样品或是密度改变极小的一组样品,需要高灵敏的测定方法来观察其密度改变,此法既方便又灵敏。
一、实验目的:
、结晶度的基本原理和方法。
,计算结晶度。
二、基本原理:
由于高分子结构的不均一性,大分子内摩擦的阻碍等原因,聚合物的结晶总是不完善的,而是晶相与非晶相共存的两相结构,结晶度fw即表征聚合物样品中晶区部分重量占全部重量的百分数:
在结晶聚合物中(如PP、PE等),晶相结构排列规则,堆砌紧密,因而密度大;而非晶结构排列无序,堆砌松散,密度小。所以,晶区与非晶区以不同比例两相共存的聚合物,结晶度的差别反映了密度的差别。测定聚合物样品的密度,便可求出聚合物的结晶度。
密度梯度法测定结晶度的原理就是在此基础上,利用聚合物比容的线性加和关
系,即聚合物的比容是晶区部分比容与无定形部分比容之和。聚合物的比容和结晶度
有如下关系:
--------------------------------- (2)
式中为样品中结晶区比容,可以从X光衍射分析所得的晶胞参数计算求得;
为样品中无定形区的比容,可以用膨胀计测定不同温度时该聚合物熔体的比
容,然后外推得到该温度时非晶区的比容的数值。
根据(2)式,样品的结晶度可按下式计算:
----------------- (3)
比容为密度的倒数,即。这里ρc为被测聚合物完全结晶(即100%结晶)时的密度,ρa为无定形时的密度,从测得聚合物试样的密度ρ可算出结晶度fw。
图8-1
将两种密度不同,又能互相混溶的液体置于管筒状玻璃容器中,高密度液体在下,低密度液体轻轻沿壁倒入,由于液体分子的扩散作用,使两种液体界面被适当地混合,达到扩散平衡,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,俗称密度梯度管。将已知准确密度的玻璃小球投入管中,标定液柱密度的分布,以小球密度对其在液柱中的高度作图,得一曲线(图8-1),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祥的密度。
三、仪器与试剂:
带磨口塞玻璃密度梯度管、恒温槽、测高仪、标准玻璃小球一组、密度计、磁力搅拌器。
水、工业乙醇、聚乙烯、聚丙烯(小粒样品)。
四、实验步骤:

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,