实验1密度梯度管法测定聚合物的密度和结晶度

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1、实验1密度梯度管法测定聚合物的密度和结晶度实验1密度梯度管法测定聚合物的密度和结晶度1.实验目的(1)掌握密度梯度管法测定聚合物密度和结晶度的基本原理。(2)学会以连续注入法制备密度梯度管的技术及密度梯度的标定方法。(3)用密度梯度管法测定聚合物的密度，并由密度计算结晶度。2.实验原理聚合物密度是聚合物物理性质的一个重要指标，是判定聚合物产物、指导成型加工和探索聚集态结构与性能之间关系的一个重耍数据。尤其是结晶性聚合物，结晶度是聚合物性质中很重要的指标，密度与表征内部结构规则程度的结晶度有密切的关系。因此，通过聚合物密度和结晶度的测定，研究结构

2、状态进而控制材料的性质。密度梯度管法是利用悬浮原理测定高聚物密度的常用方法，具冇设备简单、操作容易、应用灵活，准确快速、能同时测定在一个相当范闱内的不同密度试样的优点。对于密度相差极小的试样，更是一种有效的高灵敏度的测定方法。聚合物结晶度的测定方法很多，有X—射线衍射法、红外吸收光谱法、差热分析法、反相色谱法等，但这些方法都需要复杂的仪器设备，而用密度梯度管法从测得的密度换算到结晶度，设备简单且数据可靠，是测定结晶度的常用方法。密度梯度管是一个有刻度的柱形玻璃管，选用不同密度的可以互相混溶的两种液体，配制成一系列等差密度混合液，按低密度（轻液）

3、居上,高密度（重液）居下的层次，以等体积分次地注入到柱形玻璃管屮，由液体分子自行扩散；也可由两种液体经适当地混合和自流，使连续注入管中的液体不断改变密度。最后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，通称为密度梯度管或密度梯度柱。再将已知准确密度的6〜8个玻璃小球〜3mm）投入管中，标定液柱的密度梯度。以小球密度对其在液柱中的高度作图，得一曲线（图2—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，由密度一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

4、样的密度。结晶性聚合物都是部分结晶的，即晶体和非晶体共存。而晶体和非晶体的密度不同，晶区密度高于非晶区密度，因此同一聚合物由于结晶度不同，样品的密度不同，如果采用两相结合模型，并假定比容具有加和性，即结晶聚合物试样的比容（密度的倒数）等于晶区和非晶区比容的线性加和，则有：1??1?cfc?l?a（l?fc）（2-1）式中：fc一一结晶度（即聚合物中结晶部分的质量百分比）?c——被测聚合物完全结晶（即100%结晶）时的密度?a一一被测聚合物完全不结晶（无定形）时的密度则从测得的高聚物试样密度?可算出结晶度:fc??100%?(?c??a)(2-2

5、)图2—1密度梯度管的标定曲线(乙醇一水混合体系)3.实验仪器及试剂仪器：恒温水浴、测高仪、密度计、标准玻璃小球一组、带磨口塞玻璃密度梯度管、配制密度梯度管的装置、注射器、电磁搅拌器等。药品：无水乙醇、蒸馏水、聚乙烯、聚丙烯(小粒样品)。4.实验步(1)密度梯度管的制备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，如选用的两种液体密度值相差大，所配制成的梯度管的密度梯度范围就大，密度随高度的变化率较大，因而在同样高度管中其精确度就低。选择好液体体系是

6、很重要的,常用的典型体系如表2—I所示。表2—1常见的密度梯度管溶液体系起任何物理、化学反应；②两种液体能以任何比例相互混合；③两种液体混合时不发生化学作用；④具有低的粘度和挥发性。3本实验选择乙醇一水体系，其密度变化范围在0.79〜l.OOg/cm之间对于高压聚乙炼、低压聚乙烯、等规聚丙烯均适用。密度梯度管的配制方法简单，一般有三种方法：1）两段扩散法先把重液倒入梯度管的下半段（为总液体量的一半），再把轻液非常缓慢地沿管壁倒入管内的上半段，两段液体间应有清晰的界面。切勿使液体冲流造成过度的混合。导致非自行扩散而影响密度梯度的形成。然后用一根长

7、的搅拌棒轻轻插至两段液体的界面作旋转搅动约10s,至界面消失。梯度管盖上磨口塞后，平稳移入恒温槽中，梯度管内液面应低于槽内水的液面恒温放置约24h后，梯度即能稳定，可以应用。这种方法形成梯度的扩散过程较长，而且密度梯度的分布呈反“S”形曲线（图2一1），两段略弯曲，只有屮间的一段直线才是有效的梯度范围。2）分段添加法选用两种能达到所需密度范围的液体配成密度有一定差数的四种或更多种混合液，然后依次由重而轻取等体积的各种混合液，小心缓慢地加入管中，按上述搅动方式使每层液体间的界血消失，亦可不加搅拌。恒温放置数小时后梯度管即可稳定。显然，管中液体的层

8、次越多，液体分子的扩散过程就越短，得到的密度梯度也就越接近线性分布。但是，要配成一系列等差密度的混合液较为繁琐。3）连续注入法如图2—2所示，A、B是