提供兩個(gè)相同的未知聚合物樣品:一個(gè)是粉末樣品使之易于溶解;另一個(gè)是大顆粒樣品用于測(cè)定聚合物的密度.
由溶解度鑒別聚合物 將0.5克的聚合物粉末試樣放在一個(gè)小試管(13×100毫米)中,并添加10毫升本實(shí)驗(yàn)所需要的溶劑.在必要的時(shí)候,可把試管放在盛熱水的燒杯中使溶液加熱.除乙酸乙酯和甲苯之外的所有溶劑最好都用電熱水浴,而這兩種揮發(fā)性的可燃物質(zhì)應(yīng)在通風(fēng)櫥里用加熱板來加熱.
在必要時(shí)用一根細(xì)玻璃棒攪摔溶液,如果在溶劑的沸點(diǎn)加熱五分鐘后兩相仍然保留,或者如熱溶液冷卻到室溫時(shí)分出兩相,這兩種情況都認(rèn)為溶解度試驗(yàn)是負(fù)的,由實(shí)驗(yàn)提供的所有聚合物樣品都列入表1-2中.這個(gè)流程圖可用作指導(dǎo).當(dāng)流程圖中的線指向右邊時(shí),聚合物是可溶的或說實(shí)驗(yàn)是正的,當(dāng)圖上的線指向左邊時(shí),得到的結(jié)果相反.
確定鑒別的證據(jù)可從下列試驗(yàn)之一找到:
1.所有氯化的聚合物的伯爾斯坦(Beilstein)試驗(yàn)結(jié)果為正.加熱一根清潔的銅絲直至熾熱,把銅絲的熱端插入粉末狀的聚合物樣品中,再把它放回火苗中去,綠色的火焰就說明聚合物中含有氯.
2.當(dāng)把溶液放在冰水浴中冷卻時(shí),明膠溶液將凝膠化,而聚乙烯醇溶液和聚乙烯基吡咯酮溶液卻不會(huì).
3.聚丙烯將漂浮在苯乙烯單體中,而聚乙烯則不能.
4.把聚苯乙烯放在刮勺的背部并放入煤氣燈火苗中,聚苯乙烯燃燒的火焰帶有明顯的黑煙,而在同樣的情況下聚甲基丙烯酸甲酯燃燒是完全的,氯化聚丙烯是自熄性的,即只有當(dāng)它與火焰接觸時(shí)它才能燃燒.
密度測(cè)定 為了計(jì)算溶度參數(shù)必須知道聚合物的密度.實(shí)驗(yàn)中使用的密度測(cè)定方法的成功根據(jù)兩個(gè)重要的原理:(1)當(dāng)把一個(gè)固體放在一種密度相同的不相溶的介質(zhì)中時(shí),它將保持懸浮,如同這個(gè)固體處于無重力場(chǎng)中一樣.(2)當(dāng)兩種不同密度的互溶的液體混合時(shí),它們的混合物體積是加和的,混合物的密度是各液體密度和它們的體積分?jǐn)?shù)乘積之和:
dm=φ1d1+φ2d2 (1-6)
式中dm是混合物的密度,φ和d是組分1和2的體積分?jǐn)?shù)和密度.實(shí)驗(yàn)中所用的液體的密度和分子量列于表1-3中.
表1-3 在室溫下常用溶劑的密度和分子量近似值
溶劑 | 密度(克/毫升) | 分子量 |
正庚烷 甲醇 水 水楊酸甲酯 甲酸 二氯甲烷 四氯化碳 二溴乙烷 |
0.68 0.79 1.00 1.18 1.20 1.33 1.60 2.17 |
100 32 18 152 46 85 154 188 |
水和甲醇的結(jié)合使得體積加和的假設(shè)成了問題.當(dāng)水和甲醇混合后,約有5%的體積收縮.如果不考慮這種收縮,混合物的表觀密度將會(huì)因此而偏低.當(dāng)需要高的準(zhǔn)確度時(shí),混合溶劑的體積必須測(cè)定,聚合物的表觀密度必須乘上各個(gè)體積之和與混合物真實(shí)體積的比值.
進(jìn)行每一次測(cè)定時(shí),把少量大顆粒的聚合物樣品加到裝有已知密度液體的13×100毫米試管中試驗(yàn),順序列于表1-4中.
路線A用于不溶于水的聚合物,而路線B可用于水溶性聚合物.流程圖是這樣設(shè)計(jì)的:指向右邊表示樣品的密度比液體密度小,它是漂浮起來的;而指向左邊表示樣品密度比液體大,它是下沉的.可以用該路線一端指出的適當(dāng)?shù)幕旌先軇﹣頊?zhǔn)確地測(cè)定樣品的密度.
雖然有的樣品密度比液體本身密度稍高,但由于液體的表面張力能夠懸浮樣品,因而導(dǎo)致錯(cuò)誤的結(jié)論,因此,在純液體中漂浮的每種樣品都應(yīng)猛烈地?fù)u動(dòng),以保證沒有一個(gè)該沉下的粒子漂浮起來,用混合溶劑測(cè)定的每個(gè)樣品也應(yīng)先放入密度較小的液體,然后添加密度較大的液體直到聚合物開始上升.在表1-4中,對(duì)于所有的混合物都把密度較低的液體寫到前邊.
下列步驟用來從混合液體測(cè)定密度.把幾小塊聚合物放在一個(gè)13×100毫米試管中,試管放在一個(gè)小燒杯中,測(cè)定其總重量.添加2克左右密度較小的液體并重新稱重.此時(shí)聚合物樣品應(yīng)停留在試管底部.一邊滴加另一種液體一邊搖動(dòng)試管直到聚合物自由懸浮為止,重新稱重.可由三次稱重得到的數(shù)據(jù)和表1-3中提供的數(shù)據(jù)來計(jì)算聚合物的密度.
溶度參數(shù)的測(cè)定 實(shí)驗(yàn)中溶度參數(shù)將應(yīng)用討論中敘述的混合溶劑原理來測(cè)定.沒有強(qiáng)氫鍵的,溶度參數(shù)差別最大的兩種溶劑是庚烷(7.3)和丁內(nèi)酯(15.5),可情它們是不相溶的.可以與丁內(nèi)酯混溶的一種中間溶劑二甲苯(8.8),可選作一般通用.
聚合物與溶劑的混合物至少應(yīng)加熱十分鐘,以保證不溶是由于熱力學(xué)原因而不是動(dòng)力學(xué)的原因,并且應(yīng)冷卻每一個(gè)聚合物溶液,以確定聚合物在室溫是否仍然可溶,在此之前都不能認(rèn)為這個(gè)聚合物是不溶的.
如果指定的聚合物樣品在丁內(nèi)酯中是可溶的,而在二甲苯中卻是不溶的,則在一個(gè)放穩(wěn)的小試管里稱量粉末狀聚合物樣品,加入2克左右丁內(nèi)酯后,再稱重.在完全溶解并將溶液冷至室溫以后,滴加二甲苯直到聚合物剛析出,然后再稱出混合物重量.可由方程算出溶度參數(shù)的下限.
對(duì)于不溶于水的聚合物,可以用丁內(nèi)酯和水體系來測(cè)定其溶度參數(shù)上限.最后,將其溶度參數(shù)上限和下限的平均值作為該聚合物的溶度參數(shù).
如果指定的聚合物溶于二甲苯而不溶于丁內(nèi)酯,則把樣品溶于二甲苯中再添加丁內(nèi)酯,直到聚合物恰好析出為止,這樣可以測(cè)出其溶度參數(shù)上限.而其溶度參數(shù)的下限可以用二甲苯-庚烷體系測(cè)定.
在實(shí)驗(yàn)中將不測(cè)定水溶性聚合物的溶度參數(shù)上限.然而在作實(shí)驗(yàn)報(bào)告時(shí),可以把水的溶度參數(shù)(23.4)看作水溶性聚合物的溶度參數(shù)上限.
將指定的聚合物樣品的溶度參數(shù)實(shí)驗(yàn)值,與根據(jù)測(cè)定的聚合物密度和克分子吸引常數(shù)所計(jì)算的溶度參數(shù)進(jìn)行比較.
儀器 從表1-2所列的聚合物中選出一種聚合物的粉末試樣和大顆粒試樣,幾個(gè)13×100毫米試管,一個(gè)250毫升燒杯,一個(gè)蒸氣浴或熱水浴,一塊加熱板,一根攪拌棒,50毫升盛溶劑的燒杯,一根醫(yī)用滴管,銅絲和一個(gè)鋼勺.
化學(xué)試劑 乙酸,乙酸戊酯,丁內(nèi)酯,四氯化碳,氯仿,甲酚,環(huán)己酮,N,N-二甲基甲酰胺,乙酸乙酯,1,2-二溴乙烷,甲酸,戊烷,冰,甲醇,二氯甲烷,水楊酸甲酯,苯乙烯,甲苯,二甲苯,水.