1聚合物研究方法-第一章解析

1吴江渝[e-mail]聚合物研究方法QQ:4726147182高分子材料的化学分析第一章简单定性分析3目录高分子材料的分类和命名高分子材料的外观和用途燃烧试验干馏试验密度溶解性折射率软化点或熔点显色试验综合性鉴定方法第一章简单定性分析4第一章简单定性分析高分子材料的分类按来源分类:天然高分子化合物和合成高分子化合物……按材料的性能分类:塑料、橡胶和纤维……按高分子主链结构分类：碳链、杂链和元素有机高分子化合物……按用途分类：通用高分子、功能高分子……5第一章简单定性分析高分子材料的命名天然高分子化合物习惯上都用俗名。如：纤维素、木质素、淀粉、蛋白质等；合成高分子化合物通常按制备方法及原料名称来命名。如：苯乙烯的聚合物称为聚苯乙烯。用缩聚方法制得的高聚物，大多数在原料名称的后面加上“树脂”。如：酚醛树脂、脲醛树脂等。橡胶在原料单体后面加上“橡胶”命名。如氯丁橡胶、乙丙橡胶等。商业上也常用商品名称。如聚丙烯腈称为腈纶，聚甲基丙烯酸甲酯称为有机玻璃。有些也用英文名的缩写表示。如PVC为聚氯乙烯、ABS为丙稀腈－丁二烯－苯乙烯共聚物。6第一章简单定性分析系统命名法（IUPAC）nOOOOn聚1-苯基亚乙基聚乙烯（Polystyrene,PS）聚氧化亚乙基氧化对苯二甲酰聚对苯二甲酸乙二酯（涤纶）（Poly(ethyleneterephthalate),PET）高分子材料的命名7第一章简单定性分析高分子材料的外观和用途透明性和颜色与厚薄、结晶性、化学组成、添加剂等有关塑料制品的外形塑料薄膜、塑料板材、塑料管材、泡沫塑料纤维的显微外观纵向外观、横截面形状手感与机械性能强度、韧性、硬度、弹性等8第一章简单定性分析高分子材料的外观和用途高分子材料的用途例：对不碎内胆的塑料保温杯的鉴别内胆（聚碳酸酯）：聚乙烯、聚丙烯－－不耐温聚苯乙烯－－－－－不满足不碎聚氯乙稀、ABS－－残留气体有毒保温材料（聚氨酯硬质泡沫：保温性能好）外壳（聚丙烯：耐80度、一定硬度和韧性、美观、成本低）9燃烧试验（火焰试验）试验方法：用镊子或刮匙取小份试样，火焰直接加热。先让试样一角靠近火焰，然后整体灼烧，其间时而移开片刻。观察现象：是否点燃是否自熄火焰性质是否变形声响气味BeCareful！第一章简单定性分析10燃烧试验（火焰试验）初步鉴别：不燃的：含氟、硅的高分子和热固性树脂难燃自熄的：含氯高分子和含氮高分子易燃的：大多数含碳、氢、硫的高分子材料其他现象：发烟、结焦、火焰颜色、气味……第一章简单定性分析11燃烧试验（火焰试验）利用表或流程图的鉴别：塑料、橡胶的鉴别聚四氟乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯……纤维的鉴别尼龙、涤纶、腈纶、维纶、粘胶纤维……氧指数测定（LOI）着火后刚能维持试样燃烧的氧在氧/氮混合气体中的最小分数。第一章简单定性分析12干馏试验（热解试验）试验方法：少量试样装入裂解管中，用试管夹住上部，在试管口放一片湿润的pH试纸。某些情况下在试管口塞上水或甲醇湿润过的棉花或玻璃棉。小火加热试管，缓慢加热以便观察样品的变化和裂解的气体。如有气体馏出，改装馏出装置以便检测馏出的气体（如用硝酸银溶液检测是否含有氯离子）第一章简单定性分析13观察现象：样品形态变化气体的颜色和气味气体的酸碱性检验溶液是否有沉淀生成干馏试验（热解试验）第一章简单定性分析14干馏试验（热解试验）热裂解的原理：高分子材料受热，分子结构中共价键断裂。热裂解类型：主链不断裂，侧基发生消除反应主链断裂生成单体（解聚反应）主链无规断裂第一章简单定性分析15干馏试验（热解试验）根据馏出气体性质和样品的变化进行鉴别鉴别表pH范围(0.5~4.0;5.0~5.5;8.0~9.5)干馏行为(试样的形态、特征行为)第一章简单定性分析16密度优点：快速测定，缩小范围具有一定局限性第一章简单定性分析17密度初步测定：配制标准溶液，测出高分子材料密度范围乙醇（密度0.79g/cm2）水（密度1.0g/cm2）饱和氯化镁溶液（密度1.34g/cm2）饱和氯化锌溶液（密度2.01g/cm2）也可以根据需要配置其他标准溶液饱和氯化钠溶液1.18g/cm2第一章简单定性分析18密度准确测定密度方法：测定体积及重量密度瓶法（比重瓶法）浸渍法（韦氏天平法）等密度法（密度梯度管法）参照高分子材料密度表第一章简单定性分析19溶解性经典方法，有局限性溶胀、温度、耗时长，影响因素多第一章简单定性分析20初步鉴别：通过在不同溶剂中的溶解现象进行鉴别取溶液滴于表面皿观察干燥后现象加入不良溶剂观察沉淀现象增加样品与溶剂接触面积促进溶解现象溶解性第一章简单定性分析21溶解性参照高分子材料溶解性表高分子材料能溶于哪些溶剂常用溶剂能溶解哪些高分子材料第一章简单定性分析22溶解性溶解性举例聚苯乙烯：溶于芳烃、氯代烃、吡啶、乙酸丁酯、甲乙酮、二氧六环、四氢萘、二甲基甲酰胺（DMF）、二硫化碳聚乙二醇：溶于氯代烃、醇、水第一章简单定性分析23溶解性第一章简单定性分析乙醚：香豆酮－茚树脂水：甲基纤维素、聚丙稀酰胺、羧甲基纤维素钠、聚乙二醇、聚乙烯醇、聚丙烯酸、聚乙烯基甲醚、聚乙烯基吡咯烷酮、聚马来酸酐未交联的氨基树脂相似相溶24折射率（折光指数）折射率是非常精确的物理常数样品要求：透明阿贝折光仪第一章简单定性分析PMMA：1.48~1.5025第一章简单定性分析折射率（折光指数）阿贝折光仪原理：全反射折射全反射26第一章简单定性分析折射率（折光指数）全反射：海市蜃楼27固体试样直角棱镜nn‘第一章简单定性分析折射率（折光指数）'sinnnsin(90)sinncossinn22222sin'1cos1sinnnnnn281.底座；2.棱镜调节旋钮；3.圆盘组（内有刻度板）；4.小反光镜；5.支架；6.读数镜筒；7.目镜；8.观察镜筒；9.分界线调节螺丝；10.消色调节旋钮；11.色散刻度尺；12.棱镜锁紧扳手；13.棱镜组；14.温度计插座；15.恒温器接头；16保护罩；17主轴；18反光镜阿贝折光仪第一章简单定性分析折射率（折光指数）29第一章简单定性分析折射率（折光指数）30折射率（折光指数）影响因素和注意事项：测量极限：棱镜的折射率（n1.7）温度的影响：温度升高，折射率降低光源波长的影响：波长越长，折射率越小（=589.3nm）接触液的选择：折射率、相容性材料是否均匀：各向同性非透明固体材料：测高分子溶液的折射率第一章简单定性分析20Dn31软化点或熔点软化点或熔点是高分子材料的重要特性常数概念：玻璃化转变温度（Tg）：无定形或半结晶聚合物从粘流态或高弹态向玻璃态转变（或相反）时的温度软化点：在聚合物试样上，以一定形式施以一定负荷，并按规定升温速率加热到试样变形达到规定值的温度熔点（Tm）：固体开始熔化成液体的温度高分子材料与一般有机化合物的区别：熔限；不一定有软化点或熔点第一章简单定性分析32软化点或熔点简易方法：电炉金属板温度计变压器玻片第一章简单定性分析注意：误差温度计范围33软化点或熔点熔点管法第一章简单定性分析34软化点或熔点熔点显微镜（显微熔点测定仪）第一章简单定性分析显微加热台35软化点或熔点熔点显微镜使用方法：取少许样品于二载玻片中，置于加热台。调节显微镜至样品清晰。盖上玻璃盖，再次调焦至观察区域清晰。接通电源开始观察。先快速升温粗测一次，第二次测定先快速升温至粗测熔点以下10度左右，然后缓慢升温进行测定。第一章简单定性分析注意事项：加热台保持干燥选取合适观察区域注意安全熔程（熔限）36软化点或熔点软化点的测量：马丁耐热仪第一章简单定性分析马丁耐热仪马丁耐热试验(Marten’stest):评价材料高温变形趋势的一种方法。在加热炉内，使试样承受一定的弯曲应力，并按一定速率升温，试样受热自由端产生规定偏斜量的温度，称为马丁温度。37维卡软化点试验(Vicatsofteningpointtest):评价热塑性塑料高温变形趋势的一种方法。是在等速升温条件下，用一根带有规定负荷、截面积为1mm2的平顶针放在试样上，当平顶针刺入试样1mm时的温度，即为测得的维卡软化温度。热形变维卡温度测定仪软化点或熔点软化点的测量：热形变温度测定仪第一章简单定性分析38参考高分子材料的软化温度和熔点表添加剂和杂质的影响杂质的存在降低熔点有机增塑剂降低软化点无机填料提高软化点软化点或熔点第一章简单定性分析39第一章简单定性分析显色试验适用范围：微量或半微量点滴试验添加剂的影响对照试验40第一章简单定性分析显色试验LiebermannStorch-Morawski显色试验取几毫克试样于试管，溶于2ml热乙酐中，待冷后加3滴50%硫酸，立即观察颜色变化。10min后以及用水浴加热至约100度（比沸点略低）后，再次观察记录颜色变化。高分子材料立即观察10min后观察加热至100度后观察聚乙烯醇无色或微黄色无色或微黄色绿至黑色聚醋酸乙烯无色或微黄色无色或蓝灰色海绿色，然后棕色酚醛树脂红紫、粉红或黄色棕色红黄－棕色聚丁二烯亮黄色亮黄色亮黄色41第一章简单定性分析显色试验LiebermannStorch-Morawski显色试验温度和浓度必须稳定并非特征试验有些高分子材料无显色反应：苄基纤维素、脲醛树脂、聚烯烃、聚四氟乙烯、聚甲基丙烯酸酯、聚丙烯腈、聚苯乙烯、聚氯乙稀、聚碳酸酯、聚甲醛、尼龙等42第一章简单定性分析显色试验对二甲胺基苯甲醛显色试验在试管中小火加热5mg左右样品令其裂解，冷却后加1滴浓盐酸，然后加10滴1%对二甲胺基苯甲醛的甲醛溶液，放置片刻，在加入0.5ml左右的浓盐酸，最后用蒸馏水稀释。观察整个过程中的颜色变化。高分子材料加浓盐酸后加1％对二甲氨基苯甲醛溶液再加浓盐酸后加蒸馏水后聚乙烯无色至淡黄色无色至淡黄色无色无色聚丙烯淡黄色至黄褐色鲜艳的紫红色颜色变淡颜色变淡聚苯乙烯无色无色无色乳白色聚对苯二甲酸乙二醇酯无色乳白色乳白色乳白色43第一章简单定性分析显色试验吡啶显色试验鉴别含氯高分子与冷吡啶的显色反应取少许无增塑剂的高分子样品，加入约1ml吡啶，放置几分钟后加入2～3滴约5%NaOH的甲醇溶液。立即观察产生的颜色，过5min和1h后分别再次记录颜色变化。高分子材料立即5min后1h后聚氯乙烯粉末无色至黄色亮黄至红棕色黄棕至暗红色44第一章简单定性分析显色试验吡啶显色试验鉴别含氯高分子与沸腾的吡啶的显色反应取少许无增塑剂的高分子样品，加入约1ml吡啶煮沸，将溶液分成两部分。第一部分：重新煮沸，小心加入2滴5%NaOH的甲醇溶液，分别记录立即观察和5min后观察到的颜色变化。第二部分：在冷溶液中加入2滴5%NaOH的甲醇溶液，分别记录立即观察和5min后观察到的颜色变化。在沸腾的溶液中在冷溶液中高分子材料立即5min后立即5min后聚氯乙烯橄榄绿红棕色无色或微黄色橄榄绿聚偏二氯乙烯血红色至棕红色血红色至棕红色棕色暗棕红色聚氯丁二烯棕黑色沉淀棕黑色沉淀棕黑色沉淀棕黑色沉淀氯化橡胶暗红棕色暗红棕色橄榄绿橄榄棕45第一章简单定性分析显色试验一氯和二氯醋酸显色试验鉴别单烯类高分子取几毫克粉碎了的试样于试管中，加入约5ml二氯醋酸或熔化的一氯醋酸，加热至沸腾约1～2min。如果煮沸2min后仍不显色，则为负结果。高分子材料一氯醋酸二氯醋酸聚氯乙烯蓝色红－紫色聚醋酸乙烯红－紫色蓝－紫色聚乙烯基乙基醚蓝－绿色绿－蓝色聚乙烯基咔唑亮绿色蓝色46第一章简单定性分析显色试验铬变酸显色试验鉴别含甲醛高聚物取少量样品防于试管中，加入2ml浓硫酸及少量铬变酸，在60～70度下加热10min，静置1h后观察颜色，出现深紫色表明有甲醛。SO3HHOHOSO3HSO3HHOHOSO3HH2CSO3HOHOHSO3H+CH2O-H2OH2SO4-H2OH2SO4SO3HHOHOSO3HHCSO3HOOHSO3H紫色铬变酸47第一章简单定性