密度法测定聚乙烯的结晶度实验报告

实验四 密度法测定聚乙烯的结晶度

聚合物的结晶度是结晶聚合物的重要性能指标，对高聚物的许多物理化学及其应用有很大的影响。聚合物的结晶与小分子的结晶不完全相同，它比小分子晶体有更多的缺陷。通过结晶度的测定，可以进一步了解到聚合物的一些重要物理参数。

聚合物结晶度的测定方法主要有：X 射线衍射法、红外吸收光谱法、核磁共振法、差热分析法、反相色谱法和密度法。其中密度法具有设备简单、操作容易、准确快速的特点，常用来研究高聚物结晶度。

一、实验目的与要求

1、掌握密度法测定聚合物结晶度的基本原理和方法。

2、用密度法测定聚乙烯的密度并计算其结晶度。

二、实验原理

由于聚合物大分子链结构的复杂性，聚合物的结晶往往表现得不完善。如果假定结晶聚合物中只包括晶区和无定形区两部分，则定义晶区部分所占的百分数为聚合物的结晶度，用重量百分数c x 表示，则有：

%100⨯+=无定形区重量

晶区重量晶区重量c x （4-1） 聚合物密度与表征内部结构规整程度的结晶度有着一定关系。通常把密度ρ看作是聚合物中静态部分和非晶态部分的平均效果。一般而言，聚合物结晶度越高，其密度也就越大。由于结晶高聚物只有晶相和非晶相共存结构状态，因而可以假定高聚物的比容（密度的倒数）是晶相的比容与非晶相的比容的线性加和：

)1(111c a

c c x x -ρ+ρ=ρ （4-2） 若能得知被测高聚物试样完全结晶（即100%结晶）时的密度ρ和无定形时的密度ρa ，则可用测得的高聚物试样密度ρ计算出结晶度c x ，即：

%100)

()(⨯ρ-ρρρ-ρρ=a c a c c x （4-3） 该式表明，只要测出聚合物试样的密度，即可求得其结晶度。

聚合物的密度ρ可用悬浮法测定。恒温条件下，在试管中调配一种能均匀混合的液体，使混合液体与待测试样密度相等。此时，试样便悬浮在液体中间，保持不浮不沉，再测定该混合液体的密度，即得该试样的密度。

三、仪器与药品

1、仪器

试管、滴液漏斗、滴管、玻璃棒、超级恒温槽、精密温度计和比重瓶等。

2、药品

聚乙烯，工业级；去离子水；乙醇水溶液。

四、实验步骤

1、用接触点温度计调节水温至25±0.1℃。

2、用试管、滴液漏斗和玻璃搅拌棒按图4-1组装。试管中加入重量百分浓度约为50%的乙醇水溶液，约至试管容积1/3处。然后放入待测样品三小粒，这时，样品均沉入管底。

3、整个装置放在已恒温好的超级恒温槽内，在保持恒温的条件下，用滴液漏斗逐滴加入蒸馏水，同时，上下缓慢移动玻璃搅拌棒使之混合均匀。至样品悬浮在溶液的中部，不浮也不沉，保持0.5h ，此时混合液体的密度即为该样品密度。

4、用洁净干燥的滴管吸出约60ml 混合液体至洁净干燥烧杯中待测密度。

5、在分析天平上称得比重瓶的重量W 0，然后取下瓶塞，灌满被测液体，放入恒温槽内。当温度达到平衡后盖上瓶塞，多于液体从毛细管溢出。用滤纸擦去毛细管口外的液滴，从恒温槽中取出并擦净瓶外液体，称出加液体后的重量W 2。倒出瓶中的液体，用蒸馏水洗净书此后再装满蒸馏水，用同样的方法称得W 2，则液体密度为：

20

201ρ⋅--=ρW W W W （4-4） 式中，2ρ—测量温度时纯水的密度。

6、根据式（4-4）计算聚乙烯密度；利用式（4-3）算出聚乙烯结晶度c x 。

五、注意事项

1、在实际测量材料的密度时，所选择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）价廉、易得。

2、毛细管口的液滴必须在比重瓶离开恒温槽之前擦掉，否则，当比重瓶从恒温槽取出后，由于室温较低，使毛细管液面下降，影响测定结果。

3、为了消除偶然误差，对装液和称重操作必须重复三次以上，取其平均值。

六、思考题

1、结晶高聚物的密度c ρ可如何得到？

2、结晶度的高低对聚合物性质有什么影响？