密度梯度法测定聚合物的密度和结晶度:实验原理

由于高分子链的不均一性以及高分子长链的缠结等原因,结晶聚合物通常包含结晶区和非晶区(无定形区)两相结构,因此提出结晶度的概念来表征结晶聚合物中结晶区的含量。通常以结晶区占全部结晶聚合物的质量百分数 来表示结晶度,见式(28-1):

在结晶聚合物中,结晶区中的高分子链排列规则、堆砌紧密,因而密度大;而无定形区结构排列无序、堆砌松散,因此密度小。结晶区与无定形区以不同的比例共存,结晶度与结晶聚合物密度之间存在定量关系。因此,通过测定聚合物的密度,便可求得聚合物的结晶度。聚合物密度为其比容的倒数,利用聚合物比容的线性加和关系,聚合物的比容(1/ ρ )和结晶度 有如下关系:

式中: ρ 为结晶聚合物的密度; ρ 为结晶区的密度,即完全结晶(100%结晶)的密度,可从X光衍射分析晶胞参数求得; ρ 为无定形区的密度,可用膨胀计测定不同温度时聚合物熔体的密度,外推得到该温度时的数值。根据式(28-2),结晶度可按下式计算:

因此,根据所测得的聚合物试样密度 ρ 可算出结晶度 

图28-1 密度梯度管的密度-高度标准曲线

密度梯度法是测定聚合物密度的方法之一。将两种密度不同、且能互溶的液体置于管筒状透明容器中,高密度液体在下,低密度液体轻轻沿壁倒入,使两种液体被适当地混合,达到扩散平衡,形成密度从上至下逐渐增大并呈现线性分布的液柱,俗称密度梯度管。将已知准确密度的玻璃小球投入管中,以小球密度对其在液柱中的高度作图,得到密度-高度标准曲线,如图28-1所示,其中间一段呈直线,两端略弯曲。向梯度管中投入待测试样后,当试样下沉至与其密度相等的位置时,处于悬浮状态,测量待测试样在梯度管中的高度后,由高度-密度直线关系求出试样的密度,也可用内插法计算被测试样的密度。

聚合物密度也可以采用流体静力称衡法进行测定 

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