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高分子聚合物分子量和分子量分布及测定方法

嘉峪检测网        2018-10-17 14:29

高分子聚合物是由小分子单体聚合而成的,其相对分子质量高达几千甚至是几百万,因此其物理性能相对于单体小分子具有巨大的差异。一般的单体是气体、液体或者是固体,应用价值不大,但是高分子聚合物机械强度可以和木材、水泥甚至是钢铁相比,其韧性和弹性不亚于棉、毛和天然橡胶。

 

由上可见,高分子聚合物很多优良性能都是由于其分子量大而具备的,这些性能随着分子量的增加而提高。当分子量大到一定数值后,其性能增加缓慢,趋向于某一极限值,而且此时熔融状态的流动性会变差,往往会给加工成型造成困难。因此,兼顾到使用性能和加工性能两方面的要求,需要对聚合物的分子量加以控制,换句话说这些工作的进行都建立在高分子聚合物的分子量和分子量分布的研究之上。

 

由于高分子聚合物的分子量不同于低分子化合物的分子量,它具有分子量大且具有多分散性的特点。因此通常用平均分子量来表示,或者更为直观的方法是采用某种形式的分子量分布函数或者分布曲线来表示。平均分子量由于统计权重不一样,其表示方法也不统一,比较常见的有以下几种。

 

1)数均分子量〖 M〗_n 以数量为统计权重的分子量。
2)重均分子量M_w 以质量为统计权重的分子量。
3)Z均分子量M_z  以Z值为统计权重的分子量。
4)黏均分子量〖 M〗_η 以稀溶液黏度法测得的分子量。

 

分子量分布的主要表示方法是函数法,通常是质量分数与分子量的曲线图。分子量分布是表示聚合物分子量多分散性的指标,也可以用d = M_w/〖 M〗_n来表示。

 

分子量及分子量分布的测试方法有渗透压法、蒸气压渗透法、光散射法、飞行时间质谱、黏度法、凝胶渗透色谱法(GPC)等。目前比较常用的是凝胶渗透色谱法(GPC)。

 

凝胶渗透色谱法(GPC),也叫做体积排阻色谱法,是一种新型的液相色谱。它是根据溶质分子尺寸(分子量、有效体积、流体力学体积)的差别在装有多孔凝胶物质的凝胶色谱柱中进行分离,检测系统对分离出来的每部分进行分析,测定各级别的分子量。GPC测定高聚物分子量及分子量分布是目前常用的方法。GPC测试分子量需要知道一个标准样品的流出体积与分子量的关系,因此此方法测试的是相对分子量。

 

在高分子材料领域,分子量及分子量分布的应用广泛,GPC测定分子量主要涉及以下几个方面的应用。

 

1)合成高聚物的时候,通过分子量监控控制聚合物的终点。
2)测定高分子材料中小分子化合物的含量。高分子材料的使用性能和寿命很大程度上与其含有的助剂和残留的小分子化合物有关。利用GPC可以很好的将小分子和高分子分离出来,从而对小分子化合物进行测定。
3)研究高分子材料老化行为。高分子材料在使用过程中,由于光、热、氧等的作用,会产生高分子链的降解,使高分子材料老化而影响其性能和使用寿命。用GPC可以观察在使用过程中分子链的断裂、偶合与交联、可以为老化机理的研究提供必要的数据。
4)回收料的监控。回收料经过多次回收后由于外界作用导致分子链断裂,分子量下降,用GPC可以测定分子量是否发生变化,通过前后的比对来评估是否添加回收料。 

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来源:Koala