高聚物的分子量及其测试方法全解ppt课件.ppt
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1、L o g o高聚物的分子量及其测试方法高聚物的分子量及其测试方法 从使用情况来看,闭胸式的使用比较广泛。敞开式盾构之中有挤压式盾构、全部敞开式盾构,但在近些年的城市地下工程施工中已很少使用,在此不再说明。v本章学习目的:本章学习目的:1 1、熟悉各种平均相对分子质量的统计意义、熟悉各种平均相对分子质量的统计意义和表达式;和表达式;2 2、熟悉端基分析法、沸点升高与冰点下降、熟悉端基分析法、沸点升高与冰点下降法、膜渗透压法、气相渗透法、光散射法、膜渗透压法、气相渗透法、光散射法和粘度法测相对分子质量的基本原理、法和粘度法测相对分子质量的基本原理、基本公式、测试方法、相对分子质量范基本公式、测试
2、方法、相对分子质量范围和所测相对分子质量为哪一种平均相围和所测相对分子质量为哪一种平均相对分子质量。对分子质量。从使用情况来看,闭胸式的使用比较广泛。敞开式盾构之中有挤压式盾构、全部敞开式盾构,但在近些年的城市地下工程施工中已很少使用,在此不再说明。高聚物分子量的特点高聚物分子量的特点:v1.1.分子量很大分子量很大(103107)高分子的许多优良高分子的许多优良性能是由于其分子量大而得来的。性能是由于其分子量大而得来的。v2.2.分子量都是不均一的,具有分子量都是不均一的,具有多分散性多分散性(特例:有限特例:有限的几种蛋白质高分子的几种蛋白质高分子)导致测定困难,对于多分导致测定困难,对于
3、多分散的描述最为直观的方法是利用某种形式的分子量散的描述最为直观的方法是利用某种形式的分子量分布函数或分布曲线,多数情况是直接测定其平均分布函数或分布曲线,多数情况是直接测定其平均分子量。分子量。v因此,聚合物的分子量只有统计的意义,用实验方因此,聚合物的分子量只有统计的意义,用实验方法测定的分子量只具有统计意义的平均值。法测定的分子量只具有统计意义的平均值。从使用情况来看,闭胸式的使用比较广泛。敞开式盾构之中有挤压式盾构、全部敞开式盾构,但在近些年的城市地下工程施工中已很少使用,在此不再说明。第一节第一节 高聚物分子量的统计意义高聚物分子量的统计意义 (一一)引言引言v 聚合物的分子量及其分
4、布是高分子材料最基本的参数之一,聚合物的分子量及其分布是高分子材料最基本的参数之一,它与高分子材料的使用性能及加工性能密切相关。分子量必它与高分子材料的使用性能及加工性能密切相关。分子量必须达一定须达一定,才能使材料表现出应有的性能。才能使材料表现出应有的性能。v超高分子量超高分子量PEPE的冲击强度比的冲击强度比PCPC高高2 2倍,比倍,比ABSABS和聚甲醛高和聚甲醛高5 5倍,倍,耐磨性比聚四氟乙烯(耐磨性比聚四氟乙烯(PTFEPTFE)高)高2 2倍,润滑性同倍,润滑性同PTFEPTFE,为,为PAPA的的2 2倍,耐低温性好。倍,耐低温性好。分子量太低分子量太低(聚合度聚合度150
5、 溶液蒸汽压,所以纯溶溶液蒸汽压,所以纯溶剂向左渗透,剂向左渗透,直至两侧直至两侧蒸汽压相等,渗透达平蒸汽压相等,渗透达平衡衡。此时半透膜两边的。此时半透膜两边的压力差压力差叫做叫做渗透压渗透压。(二)膜渗透压法(二)膜渗透压法从使用情况来看,闭胸式的使用比较广泛。敞开式盾构之中有挤压式盾构、全部敞开式盾构,但在近些年的城市地下工程施工中已很少使用,在此不再说明。渗渗透透压压平平衡衡时时,纯纯溶溶剂剂的的化化学学位位与与溶溶液液中中溶溶剂剂的的化化学位相等,即:学位相等,即:式式中中:1 1o o(T)(T)纯纯溶溶剂剂在在标标准准状状态态下下的的化化学学位位,是是温度温度T T的函数;的函数
6、;1o纯溶剂的化学位;纯溶剂的化学位;1溶液中溶液中溶剂的化学位;溶剂的化学位;P P1 1o o纯溶剂的蒸汽压;纯溶剂的蒸汽压;P P1 1溶液中溶剂的蒸汽压。溶液中溶剂的蒸汽压。从使用情况来看,闭胸式的使用比较广泛。敞开式盾构之中有挤压式盾构、全部敞开式盾构,但在近些年的城市地下工程施工中已很少使用,在此不再说明。v渗渗透透平平衡衡前前,因因P1 P1o,所所以以11o,即即溶溶剂剂池池中中溶溶剂剂的的化化学学位位高高于于溶溶液液池池中中溶溶剂剂的的化化学学位位,两两者者的的差差值为:值为:1 1=1 1o o-1 1=RTln=RTln(P1o/P1)v对于恒温过程,有对于恒温过程,有
7、(4-22)式中式中1 1为溶剂的化学位,为溶剂的化学位,为溶剂的偏摩尔体积,为溶剂的偏摩尔体积,P为液体所受的总压力。为液体所受的总压力。v从上式可知,若从上式可知,若液体的总压力增大,溶剂的化学位也液体的总压力增大,溶剂的化学位也随之增大随之增大。假定总压力的变化值为。假定总压力的变化值为,对式,对式(4-22)积分,得积分,得 (4-23)v当渗透达到平衡时:当渗透达到平衡时:(4-24)从使用情况来看,闭胸式的使用比较广泛。敞开式盾构之中有挤压式盾构、全部敞开式盾构,但在近些年的城市地下工程施工中已很少使用,在此不再说明。高分子的稀溶液:高分子的稀溶液:=RTcM+(1/2-1)c2V
8、122+c33V123+/c=RT1/M+A2c+A3c2+(4-26)式中:式中:渗透压,渗透压,g/cm2;2高聚物的密度高聚物的密度,g/cm3;R=8.48104 gcm/Kmol A2、A3为为第二、第三维利系数第二、第三维利系数,表示高分子溶液与,表示高分子溶液与理想溶液的偏差。理想溶液的偏差。从使用情况来看,闭胸式的使用比较广泛。敞开式盾构之中有挤压式盾构、全部敞开式盾构,但在近些年的城市地下工程施工中已很少使用,在此不再说明。v当浓度很稀时,当浓度很稀时,A3很小,几乎为很小,几乎为0 0 /c=RT /c=RT1/M+A1/M+A2 2C C,(/c/c)c0c0=RT/M
9、=RT/M 分分子子量量测测定定:对对一一系系列列不不同同c c的的高高分分子子溶溶液液于于一一定定温温度度下下,测测定定溶溶液液,以以/c/c 对对 c c作作图图,得得一一直直线线,直线外推直线外推c0,c0,得截距得截距RT/MRT/M,斜率,斜率RTARTA2 2,由此计算出,由此计算出 分子量和分子量和A A2 2,见,见图图。再由。再由 A A2 2计算出计算出1值。文献中值。文献中 可以查到聚氯乙烯在某些溶剂可以查到聚氯乙烯在某些溶剂 中的中的1值。若在不同值。若在不同 温度下测温度下测A A2 2值值,外推到外推到 A A2 2=0,=0,可得到可得到温度温度。/c c对对c
10、c作图作图从使用情况来看,闭胸式的使用比较广泛。敞开式盾构之中有挤压式盾构、全部敞开式盾构,但在近些年的城市地下工程施工中已很少使用,在此不再说明。v实实验验中中有有时时发发现现A3 00,使使/c/c 对对c c作作图图不不成成线线性性而而向向上上弯弯曲曲。溶溶剂剂越越良良弯弯曲曲程程度度越越大大(不不良溶剂良溶剂A A3 3=0=0)。)。v当当A300时,可改用下式:时,可改用下式:(/c)1/2=(RT/M)1/2(1+2C)式中:式中:2称为第二维里系数。称为第二维里系数。(/c/c)1/21/2 c0c0=(RT/MRT/M)1/21/2 以(以(/c/c)1/21/2 对对 c
11、c作图可得直线,从截距作图可得直线,从截距(RT/MRT/M)1/21/2可求出可求出M Mn n。从使用情况来看,闭胸式的使用比较广泛。敞开式盾构之中有挤压式盾构、全部敞开式盾构,但在近些年的城市地下工程施工中已很少使用,在此不再说明。v良溶剂中:良溶剂中:1 11/21/2 1/2,A A2 20T温度温度 1 11/2 A0 0 良溶剂良溶剂TT1/2 A1/2 A2 20 0 不良溶剂不良溶剂现现将将高高分分子子与与溶溶剂剂相相互互作作用用的的各各参参数数(同同时时反反映映了了溶溶剂的性质剂的性质)归纳于归纳于表表4-24-2。由由于于渗渗透透压压法法测测得得的的实实验验数数据据均均涉
12、涉及及到到分分子子的的数数目目,而而试试样样的的分分子子量量是是多多分分散散性性的的,故故测测得得的的分分子子量量为为数均分子量。数均分子量。从使用情况来看,闭胸式的使用比较广泛。敞开式盾构之中有挤压式盾构、全部敞开式盾构,但在近些年的城市地下工程施工中已很少使用,在此不再说明。例例3 3、在、在2525的的溶剂中,测得浓度为溶剂中,测得浓度为7.36107.3610-3-3g/mLg/mL的聚氯乙烯溶液的渗透压为的聚氯乙烯溶液的渗透压为0.248g/cm0.248g/cm2 2,求此试样的求此试样的相对分子质量和第二维里系数相对分子质量和第二维里系数A A2 2,并指出所得相对分并指出所得相
13、对分子质量是怎样的平均值。子质量是怎样的平均值。解:解:状态下,状态下,A A2 2=0=0,/c=RT/M/c=RT/M 已知已知=0.248g/cm=0.248g/cm2 2,c=7.3610,c=7.3610-3-3g/mLg/mL,R=8.4810R=8.48104 4(gcm)/(molK),T=298K,(gcm)/(molK),T=298K,所以所以 M=RTc/M=RTc/=8.4810=8.48104 42987.36102987.3610-3-3/0.248/0.248 =7.510 =7.5105 5结果是数均相对分子质量。结果是数均相对分子质量。从使用情况来看,闭胸式的
14、使用比较广泛。敞开式盾构之中有挤压式盾构、全部敞开式盾构,但在近些年的城市地下工程施工中已很少使用,在此不再说明。v本法的关键是选择适用的半透膜本法的关键是选择适用的半透膜,使高分,使高分子不透过,与高分子及溶剂不起作用,不子不透过,与高分子及溶剂不起作用,不被溶解。另外,半透膜对溶剂的透过速率被溶解。另外,半透膜对溶剂的透过速率要足够大,以便能在一个尽量短的时间内要足够大,以便能在一个尽量短的时间内达到渗透平衡。达到渗透平衡。v常用的半透膜材料有火棉胶膜(硝化纤维常用的半透膜材料有火棉胶膜(硝化纤维素)、玻璃纸膜素)、玻璃纸膜(再生纤维素),聚乙烯(再生纤维素),聚乙烯醇膜,醋酸纤维醇膜,醋
15、酸纤维等。等。从使用情况来看,闭胸式的使用比较广泛。敞开式盾构之中有挤压式盾构、全部敞开式盾构,但在近些年的城市地下工程施工中已很少使用,在此不再说明。3 3、范围、范围v渗透压法渗透压法测得的分子量是数均分子量测得的分子量是数均分子量M Mn n,而,而且是绝对分子量。这是因为溶液的渗透压且是绝对分子量。这是因为溶液的渗透压是各种不同分子量的大分子共同贡献的。是各种不同分子量的大分子共同贡献的。其测量的分子量上限取决于渗透压计的测其测量的分子量上限取决于渗透压计的测量精度,下限取决于半透膜的大孔尺寸,量精度,下限取决于半透膜的大孔尺寸,膜孔大,很小的高分子可能反向渗透。膜孔大,很小的高分子可
16、能反向渗透。一一般般分子量测定范围为分子量测定范围为1101104 4 5105106 6。从使用情况来看,闭胸式的使用比较广泛。敞开式盾构之中有挤压式盾构、全部敞开式盾构,但在近些年的城市地下工程施工中已很少使用,在此不再说明。由于溶液中溶剂的蒸气压低于纯溶剂的蒸气压,所以由于溶液中溶剂的蒸气压低于纯溶剂的蒸气压,所以溶液的沸点高于纯溶剂的沸点,溶液的冰点低于纯溶液的沸点高于纯溶剂的沸点,溶液的冰点低于纯溶剂的冰点。溶剂的冰点。v溶液的沸点升高值溶液的沸点升高值TTb b和冰点降低值和冰点降低值TTf f正比于溶正比于溶液的浓度,而与溶质的分子量成反比液的浓度,而与溶质的分子量成反比,即,即
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