论聚乙烯分子量分级的实验研究

论聚乙烯分子量分级的实验研究

发表时间：2017-12-11T10:37:16.137Z 来源：《基层建设》2017年第24期作者：李庆敏

[导读] 摘要：本文建立了一种聚乙烯分子量的分级方法，且分级效果好，采用正庚烷和二甲苯等溶剂对聚乙烯的分子量进行分级，采用温度梯度萃取分级法较为简单，成功的将低分子量的聚乙烯分级成6种不同分子量的聚乙烯，并用GPC对其分子量进行了测定。

大庆石化质量检验中心黑龙江大庆 163714

摘要：本文建立了一种聚乙烯分子量的分级方法，且分级效果好，采用正庚烷和二甲苯等溶剂对聚乙烯的分子量进行分级，采用温度梯度萃取分级法较为简单，成功的将低分子量的聚乙烯分级成6种不同分子量的聚乙烯，并用GPC对其分子量进行了测定。

关键词：萃取；溶解；分子量分级

1聚乙烯分子量分级试验

对聚乙烯进行分子量分级试验，一种时采用热过滤模式的分级，主要采用温度梯度萃取分级法。具体实施方法有两种，另一种是升温溶解萃取分级[1]。

1.1 热过滤模式的分级

由于分级过程中对温度控制要求较高，故设计了一个专用的热过滤设备，用于聚乙烯的分级试验，主要包括三口瓶、漏斗、抽滤瓶、三口瓶阀钮及软管等，外面配备有控温箱。

在配有搅拌和回流冷凝装置的250mL三口瓶中，加入20g聚乙烯蜡，加入100mL二甲苯-正庚烷的1：1混合溶液，加热到90℃，使聚乙烯蜡完全溶解后，降温至70℃，此时有结晶析出，继续加热到90℃，降温至60℃，保持体系温度70℃，热过滤收集70 ℃的析出的成分。将滤液转移至三口瓶中，收集60℃的结晶。同理收集50℃、40℃、30℃、20℃的成分，烘干溶剂，得到不同分子量的聚乙烯，待分子量测定。

1.2升温溶解萃取分级

降温至室温，此时聚乙烯完全析出，蒸馏出多余的溶剂，将聚乙烯烘干，得到不同分子量的聚乙烯，待分子量测定。拌和回流冷凝装置的250mL三口瓶中，将析出的聚乙烯用纱布包裹，然后将纱布取出，继续放入30 ℃的正庚烷溶液中，同理依次放入带有磁力搅拌的40℃、50℃、60℃、70℃的正庚烷溶液中，放入20 ℃的正庚烷溶液中，溶液用磁力搅拌，溶解30 min，得到20℃能溶解的级分。加入30g 聚乙烯，加入100 mL二甲苯-正庚烷的1：1混合溶液，加热到90 ℃，使聚乙烯完全溶解后，使聚乙烯分别溶解在不同的温度的正庚烷溶液中，得到不同温度下能够溶解的聚乙烯。

1.3聚乙烯分子量测定

采用 PL GPC-220 型凝胶色谱仪对所制聚合物进行分子量分布及分子量大小测试[2]。测试条件选择为：进样体积200 ul；运行时间25 min；流速1 mL/min；温度设置160 ℃。

1.4结果与分析

1.4.1试剂溶解对聚乙烯结构的影响

析表明经过三种溶剂溶解后的聚乙烯在3520~3100 cm-1、1600~1850 cm-1、1620~1680 cm-1没有明显的吸收峰，即溶解后聚乙烯没有产生羟基、羰基、双键，说明聚乙烯的结构在溶解前后没有什么变化，即未发生断链和氧化，同时也说明用二甲苯、正庚烷、环己烷等溶剂溶解聚乙烯进行分子量分级的方法是可行的。经过不同溶剂处理后的聚乙烯的红外光谱图，未经过任何溶剂处理的聚乙烯的红外光谱图，经过二甲苯溶解并烘干溶剂后的红外光谱图，经过溶剂处理后的聚乙烯与未经过溶剂处理的聚乙烯的出峰位置几乎相同，经过正庚烷溶解并烘干溶剂后的红外光谱图，经过环己烷溶解并烘干溶剂后的红外光谱图。对比溶解前后的聚乙烯红外光谱图，可以看出，在

2900cm-1处有两个吸收峰，1400 cm-1和720 cm-1左右各有一个吸收峰，左右其中2919.32cm-1和2849.36cm-1分别为-CH2不对称伸缩和对称伸缩运动产生的，1472cm-1为-CH2变形运动产生的。红外光谱图在719.51 cm-1处有吸收峰，证明了-（CH2）n-的存在，且n≥4。分 1.4.2聚乙烯在不同溶剂的中的溶解

实验将采用混合溶剂，将采用庚烷-二甲苯的混合溶剂作为聚乙烯分子量分级试验的溶剂。由于聚乙烯在正庚烷、环己烷中的溶解量较小，单独使用的话需要大量的溶剂，会造成溶剂的大量浪费，故也不考虑单独使用。二甲苯是一个良好的溶剂，聚乙烯在其中的溶解量最大，但聚乙烯在其中的残留率也较高，且二甲苯气味较大，故在分级试验中，不考虑单独使用二甲苯。

1.4.3 聚乙烯分子量分级结果

就分级结果而言，升温溶解萃取分级优于热过滤方法分级。此外热过滤分级的方法实施过程中，聚乙烯及溶剂损失较大，且误差较大，重现性差。升温溶解萃取分级实施较简单且实施起来方便，方法重现性好，故升温溶解萃取分级的方法较优于热过滤分级的方法，后续不同分子量聚乙烯的获得将采用升温溶解的温度梯度萃取分级法。较大分子量聚乙烯保留时间短，先被淋洗出来，而较小分子量聚乙烯保留时间长，较晚被淋洗出来，所以分子量越小，在GPC中的保留时间越长，越晚被淋洗出来，相反分子量越大，在GPC中的保留时间越短，越早被淋洗出来。升温溶解分级出的六种不同分子量聚乙烯的GPC色谱流出曲线，从曲线上可以看出，各级分子量聚乙烯对应的GPC 流出曲线峰值分别为：16.23 min、16.42 min、16.54 min、16.77 min、16.87 min、17.31 min。

热过滤分级把聚乙烯分成分子量分别为7383、5523、3841、2393、2364、2171等六种不同的级分，而升温溶解分级把聚乙烯分成分子量分别为7793、5176、3022、1702、1249、650等六种不同的级分，此分子量均为重均分子量。由表2可以看出，采用热过滤的方法分级出的后三种级分在分子量上的差别不大，说明热过滤过程中误差较大，在温度较低时候，溶剂对分子量的区分不是特别大。对比两种方法，从多分散系数可以看出来，热过滤分级的多分散系数较大，而升温溶解萃取分级方法多分散系数小。

2结论

本章主要是对低分子量的聚乙烯进行分子量分级，实验采用温度梯度萃取的分级方法，具体用了两种实施方法，一种方法是热过滤，一种是升温溶解。

（1）实验分级出6种不同分子量的聚乙烯，重均分子量分别为7793、5176、3022、1702、1249、650。

（2）实验采用了热过滤分级和升温溶解萃取分级两种方法，并对其分子量进行了GPC测试，测试结果表明升温溶解分级较优于热过