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聚合物的分子量评估方法

嘉峪检测网        2019-03-05 17:36

聚合物的分子量和分子量分布是聚合物性能表征的重要参数,对聚合物的物理机械性能影响很大。

 

凝胶渗透色谱法(GPC)法是测定聚合物分子量分布必不可少的手段。GPC不但可用于分离测定高聚物的相对分子质量和相对分子质量分布,同时根据所用凝胶填料不同,可分离脂溶性和水溶性物质,分离相对分子质量的范围从几百万到1000以下。

 

聚合物的分子量评估方法

图1 凝胶渗透色谱仪

 

高聚物分子量的特点

分子量在103-107之间,分子量不均一,具有多分散性;

高聚物具有相同的化学组成,是由聚合度不等的同系物的混合物组成,所以高聚物的分子量只有统计的意义。用实验方法测定的分子量只是统计平均值,若要确切描述高聚物分子量,除了给出统计平均值外,还应给出试样的分子量分布。

 

分子量分布测试的意义

分子量分布对材料的物理机械性能影响很大,通过分子量大小、分子量分布可研究聚合物的聚合反应、老化裂解、结构与性能机理;

例如,在涤纶片基生产过程中,若分子量分布过宽,即含有较多的高分子量和低分子量时,其成膜性差,抗应力开裂能力也会降低。

 

平均分子量及分散度的参数与含义

数均相对分子质量(Mn):不同分子量按数量分数贡献所得的平均分子量。

重均相对分子质量(Mw):不同分子量按质量分数贡献所得的平均分子量。

Z均相对分子质量(Mz):按Z量统计的平均分子量。

峰值分子量(Mp):是指含量最多的组份片段的分子量。

分子量分布指数(PDI):试样中各个分子量与平均分子量之间差值的平均值。

相对分子质量分布的定义为质均相对分子质量与数均相对分子质量之比:D(分散度)=Mw/Mn

 

聚合物的分子量评估方法

图2 分子量分布图

 

凝胶渗透色谱法(GPC)法的基本原理

凝胶渗透色谱法(GPC)法是基于不同分子质量、不同结构的聚合物具有不同流体力学体积的原理对聚合物进行分离。聚合物在分离柱上按分子流体力学体积大小被分离开,不同淋洗时间下(保留时间)所流出的聚合物分子的相对分子质量不同。

 

凝胶渗透色谱法(GPC)法的分离原理

GPC的分离原理就是体积排阻理论。色谱柱中,所填装的多孔性填料表面和内部有各种各样、大小不一的空的通道,当高分子溶液试样随溶剂进入柱子后,由于存在浓度差(推动力),所有溶质分子都力图向填料内部孔洞渗透。较小分子除了能进入较大的孔,停留时间适当短些;而最大的分子,只能从填料颗粒之间的空隙中通过,所以停留时间最短。随着溶剂提洗过程的进行,经过多次渗透-扩散平衡,分子根据相对分子质量被分开,最大的聚合物分子从载体的粒间首先流出,依次流出的是尺寸较小的分子,最小的分子最后被洗提出来,这样达到了大小不同聚合物分子分离的目的。

聚合物的分子量评估方法

图3 凝胶渗透色谱法(GPC)法的分离原理图

 

凝胶渗透色谱法(GPC)测定分子量的应用

(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。

(3)研究高分子材料老化行为。

(4)回收料的监控。

 

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来源:SGS