用密度法测定聚乙烯的结晶度

用密度法测定聚乙烯的结晶度海洋与生化工程学院应用化学专业姓名：彭福气座号：47指导老师：林爱琴课程高分子材料试验实训（实验）项目用密度法测定聚乙烯的结晶度时间2015年10月10日下午第9节至第12节实训（实验）地点S411一、实验目的1.掌握密度法测定聚合物结晶度的基本原理和方法。2.区别和理解用体积百分数和质量百分数表示结晶度。3.掌握比重瓶的正确使用方法。二、实验原理结晶度是聚合物性质上一个重要指标，它是反映物质内部结构规则程度的物理量。测定结晶度的方法有X射线法、红外光谱法和密度法等，一般密度法较为方便。本实验采用比重瓶测定混合液体的密度，从而计算高、低压聚乙烯的结晶度。在聚合物的聚集态结构中，分子链排列的有序状态不同，其密度就不同。有序程度愈高，分子堆积愈紧密，聚合物密度就愈大，或者说比容愈小。聚合物在结晶时，分子链在晶体中作有序密堆积，使晶区的密度𝜌𝑐高于非晶区的密度𝜌𝑎。如果采用两相结构模型，即假定结晶聚合物由晶区和非晶区两部分组成，且聚合物晶区密度与非晶区密度具有线性加和性，即结晶聚合物式样的比容U(密度的倒数)等于晶区和非晶区比容的线性加和，则有：𝜌=𝑓𝑐𝑣𝜌𝑐+(1−𝑓𝑐𝑣)𝜌𝑎式中：𝑓𝑐𝑣——结晶度，即聚合物中结晶部分的体积百分数；𝜌𝑐——被测聚合物完全结晶，即100%结晶时的密度；𝜌𝑎——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𝜌可算出结晶度：𝑓𝑐𝑣=𝜌−𝜌𝑎𝜌𝑐−𝜌𝑎若假定晶区与非晶区的比容具有加和性，则：𝑣=𝑓𝑐𝑤𝑣𝑐+(1−𝑓𝑐𝑤)𝑣𝑎整理得𝑓𝑐𝑤=𝑣𝑎−𝑣𝑣𝑎−𝑣𝑐=1𝜌𝑎−1𝜌1𝜌𝑎−1𝜌𝑐=𝜌𝑐𝜌𝑓𝑐𝑣式中：𝑣、𝑣𝑐、𝑣𝑎——分别为聚合物、晶区、非晶区的比容𝑓𝑐𝑤——结晶度，即聚合物中结晶部分的质量百分数；若已知聚合物试样完全结晶时的密度𝜌𝑐和聚合物完全非结晶体的密度𝜌𝑎，只要测得聚合物试样的密度𝜌，即可求得其结晶度。本实验采用悬浮法，测得聚合物试样的密度，即在恒温条件下，在加有聚合物式样的试管中，调节能完全互溶的两种液体的比例，待聚合物试样不沉也不浮，而是悬浮在混合液体中部时，根据啊阿基米德定律可知，此时混合液体的密度与聚合物试样的密度相等，用比重瓶测得该混合液体的密度，即可得聚合物试样的密度。三、仪器与试剂电子天平、25mL比重瓶一只、50mL试管一支、玻棒一根、滴管2支、卷纸高压聚乙烯试样A、低压聚乙烯试样B、95%乙醇、重蒸蒸馏水比重瓶示意图四、实验步骤在试管中加入95%乙醇15mL，然后加入一至二粒聚乙烯试样，用滴管加入蒸馏水，同时上下搅拌，使液体混合均匀，直至试样不沉也不浮，悬浮在混合液的中部，保持15分钟，此时混合液体的密度即为该聚合物试样的密度。混合液体密度的测定：先用电子天平称得干燥的空比重瓶的质量w0，然后取下瓶塞，灌满被测混合液体，盖上瓶塞，多余液体从毛细管溢出，然后用卷纸擦去溢出的液体，称得装满混合液体的比重瓶的重量为w1，然后倒出混合液体，用蒸馏水洗涤数次后再装满蒸馏水，擦干瓶体，称得装满蒸馏水的比重瓶的重量为w水，将已知该实验温度下水的密度𝜌水，可计算出混合液体的密度。𝜌=w1−w0w水−w0×𝜌水为了消除偶然误差，必须重复三次以上，取其平均值。另取一只干燥的比重瓶。换一种聚乙烯试样，重复1、2步骤。五、注意事项1.在实际测量材料的密度时，所选标的被测液体应符合下列要求：1)能满足所需的密度范围；2)不被试样吸收、不会与试样发生任何化学反应和物理作用；3)两种液体能以任何比例相互混合；4)两种液体混合时不发生任何化学反应；5)具有低的粘度和挥发性；6)廉价、易得。2.混合液体应搅拌混合均匀。3.比重瓶的液体要装满，不能有气泡。4.先称空瓶的重量，再称装满混合液体的重量，然后称装满蒸馏水的重量。六、数据处理123平均w水/𝑔81.585081.586081.584081.5850w1/𝑔78.711278.713878.713478.7128w0/𝑔28.80801.根据式𝜌=w1−w0w水−w0×𝜌水，求出两种待测样品的密度。𝜌=w1−w0w水−w0×𝜌水=78.7128−28.808081.5850−28.8080×1.000=0.9456𝑔𝑐𝑚3⁄2.从有关手册上查出聚乙烯完全结晶与完全非结晶的密度，根据式𝑓𝑐𝑣=𝜌−𝜌𝑎𝜌𝑐−𝜌𝑎、𝑓𝑐𝑤=𝜌𝑐𝜌𝑓𝑐𝑣计算两种聚乙烯试样的结晶度。查找手册可知：𝜌𝑐=1.00𝑔𝑐𝑚3⁄，𝜌𝑎=0.855𝑔𝑐𝑚3⁄。𝑓𝑐𝑣=𝜌−𝜌𝑎𝜌𝑐−𝜌𝑎=0.9456−0.8551.00−0.855=0.6248𝑓𝑐𝑤=𝜌𝑐𝜌𝑓𝑐𝑣=1.000.9456×0.6248=0.6608