[发明专利]聚合物特性粘数的测定方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种聚合物特性粘数的测定方法。

背景技术

当高分子聚合物溶于溶剂中形成溶液时，溶液的粘度往往大于溶剂水的粘度，通常用特性粘数[η]来表示聚合物分子对溶液粘度的贡献。特性粘数[η]的定义是聚合物溶液的浓度趋近于零时的比浓粘度，即单个分子对溶液粘度的贡献，是反映高分子特性的粘度值不随浓度而改变，其表达式为：

[η]=limC→0ηspC]]>

其中：

式中：[η]——特性粘数，mL/g；     η——溶液的粘度，mPa·s；

      η₀——纯溶剂的粘度，mPa·s；η_sp——增比粘度，无因次；

      η_r——相对粘度，无因次；    C——溶液浓度，g/mL；

      η_sp/C——比浓粘度，mL/g。

高聚物相对分子质量与特性粘数的关系可以用马克-豪温方程表示：

[η]＝KM^α

式中：K——取决于测试温度和相对分子质量范围的常数；

      α——取决于溶液中高分子链形态的参数。

若已知K、α值，通过马克-豪温方程就可以求得聚合物的分子量M。当α＝1时，则[η]＝KM，说明溶剂化作用强，此时，高聚物分子链在溶液中呈伸状；特性粘数与高聚物相对分子质量的一次方成正比。当α＝0.5时，则[η]＝KM^0.5，说明溶剂化作用与高聚物分子链的内聚作用相等，高聚物分子链在溶液中呈自然松散线团状；特性粘数与高聚物相对分子质量的1/2次方成正比。当α＝0时，则[η]＝K，说明高聚物分子链的内聚作用大于溶剂化作用，高聚物分子链在溶液中呈卷曲状；特性粘数为一定值，与相对分子质量大小无关。通常α值在0.5～0.8之间。

测定高分子聚合物分子量的方法各有其优缺点及适用范围，在所有的测定方法中，粘度法属于间接测定高聚物相对分子量的方法。所谓粘度法，是由于高分子聚合物的特性粘数与高分子聚合物分子量之间有一定的关系，利用粘度来测定高分子聚合物分子量的一种方法。所测出的分子量称为粘均分子量。此方法所需的设备和操作都简单，技术比较容易掌握。测定的相对分子质量范围可以从几千到几百万，只要有了经验常数K和α后，使用起来比较方便，甚至可以只测一个浓度，便能进行相对分子质量的估算。当应用于控制生产，只要求比较相对分子质量的相对大小时，可以用[η]，甚至用规定浓度下的ηsp/C、ηr，即可进行比较，不需要计算真正的相对分子质量。因此，粘度法目前被广泛应用于生产控制和科学研究中。

粘度法测特性粘数的原理是：按规定条件制备试样浓度为0.0005～0.001g/mL，NaCl浓度为1mol/L的溶液。用气承液柱式乌式粘度计分别测定溶剂和溶液的流经时间，根据测得的值计算特性粘数。

粘度法测相对分子质量中采用的粘度计是乌式粘度计，操作便利、快速，精确度较高，分子量适用范围大，测定和数据处理周期短，成为人们最常用的实验技术。

乌氏粘度计由三根管组成。具有一根内径为R、长度为L的毛细管，毛细管上端有一根体积为V的小球，小球的上都和下部各有刻线a和b。待测的液体从A管加入，经B管将液体吸至a线以上，使B管通大气，任其自然流下，记录液面流经a线和b线的时间t。这样外加的力就是高度为h的液体自身的重力P。

液体的绝对粘度测定困难而繁琐。但就使用粘度法测定聚合物的相对分子质量而言，并不需要测定溶液的绝对粘度，只需测定溶液和溶剂的相对粘度ηr即可。使用乌氏粘度计就是通过测定溶液和溶剂在毛细管中的流动速度来确定溶液的相对粘度。