实验八 溶胀法测定天然橡胶的交联度(16).ppt

1、实验8溶胀法测定天然橡胶的交联度、目的和要求，掌握溶胀法测定交联聚合物平均相对分子量的基本原理和实验技术。了解交联密度测试仪的工作原理。熟悉交联聚合物的性能与交联度之间的关系。基本原理：在适当的溶剂中，特别是在好的溶剂中，由于溶剂的溶解，小的溶剂分子可以钻入交联聚合物的交联网络中，使网络伸展，总体积增加。这种现象被称为肿胀。溶胀是交联聚合物的一个特征。即使在好的溶剂中交联的聚合物也只能膨胀到一定程度，但不能溶解。交联聚合物的溶胀过程由两部分组成：一方面，溶剂试图渗透到聚合物中以扩大其体积；另一方面，由于交联聚合物的体积膨胀，网络分子链延伸到三维空间，这使得分子网络受力产生弹性收缩能量，试图使分

2、子网络收缩。当两种相反的趋势相互抵消时，达到膨胀平衡，膨胀停止。在溶胀过程中，溶胀体中混合自由能f的变化应由两部分组成：一是聚合物和溶剂的混合自由能FM；另一部分是分子网络的弹性自由能Fd。根据晶格理论，混合聚合物和溶剂的自由能为Fm=RT(n1ln1 n2ln2 1n12)，其中n1 n2分别为溶剂和聚合物的量；1和2分别是溶剂和聚合物的体积分数；1是溶剂-大分子相互作用参数。交联聚合物的溶胀过程类似于橡胶的变形过程，如下图所示，因此可以从高弹性统计理论得知：Fel=1/2NkT(12 22 32-3)，其中n是每单位体积的交联数；1、2和3是x、y和z方向的拉伸长度比。假设样品是各向同性自

3、由膨胀的，1=2=3=公式(2-63)可以写成：并且可以获得溶剂的偏摩尔弹性自由能。在公式中，V1是溶剂的偏摩尔体积。聚合物溶液的偏摩尔自由能是：交联聚合物的x，所以：当溶胀达到平衡时：其中q是交联度；w是交联聚合物中单体链的相对分子质量。这里应该注意的是，溶胀法仅适用于具有中等交联度的聚合物。溶胀法不适合测量交联度过高或过低的聚合物的交联度。主要试剂和仪器：10克不同交联度的天然橡胶样品，500毫升苯。膨胀计、镊子、大试管(带塞子)、50毫升烧杯和一套恒温水箱。溶胀度如下图所示。物体在液体中排出的液体量是物体本身的容量。聚合物溶胀凝胶的体积分数可以通过体积法直接测量聚合物溶胀前后的体积变化来

4、获得。膨胀计：A型主管，直径约2厘米；B -毛细管，直径约2至3毫米(管道直径均匀，水平角度约，后面附有刻度)。如果主管中的液位从CC|上升到DD|并且液位高度增加CD，毛细管中的液位变为OP和OPCD，这可以大大提高测量的灵敏度。实验步骤：1 .溶胀液的选择溶胀仪中的溶胀液应与待测样品无化学反应和物理相互作用，且毒性和挥发性应较低。这个实验中使用了蒸馏水。为了降低液体的表面张力并更好地润湿待测固体样品的表面，可以向试管中加入少量乙醇。2.测量膨胀计的体积转换系数。为了确定主管中体积的增加与毛细管中液面移动距离之间的对应值，可以使用几个已知密度的金属镍球，并对它们的体积V0进行称重和计算，然后

5、放入膨胀仪中测量移动距离Lq=V0/L3。测量天然橡胶样品的体积，然后将其放入试管中，加入苯作为溶胀剂(苯的加入量约为试管的1/3)去除毛细管中的气泡，测量毛细管中液位的移动距离(即此时毛细管的液位读数与样品释放前的液位读数之间的差值)，并将其乘以Q值，即压头体积(即样品体积)的变化。膨胀前测得的样品体积为V1，膨胀后测得的体积为V2，所以V=V2- V1为样品体积的增加量(即溶剂渗入样品的体积)。以一定的间隔测量体积变化，直到样品的体积不再变化，即膨胀平衡。数据处理，用体积增加量v对时间t，这是溶胀曲线，并计算溶胀平衡时间的体积增加量。计算溶胀平衡时溶胀体中天然橡胶的体积分数2，代入公式(8-1)，计算交联点之间的平均相对分子质量，然后由公式(8-2)计算交联度Q值。注：本系统温度为25。苯的摩尔体积为89.4毫升/摩尔，聚合物与溶剂的相互作用参数为0.437，聚