数据处理

实验一偏光显微镜法测定聚合物球晶的生长速率

姓名：刘可学号：2009011823 班级：分9 同组实验者：赵昱

实验日期：2012.2.29 提交实验报告日期：2012.3.7

【实验目的】

1、了解从熔体中培养聚合物球晶的方法；

2、用显微熔点仪测定等温结晶时球晶的生长速率，并观察球晶生长形貌；

3、观察不同结晶温度下所形成的球晶的形态差异；

4、掌握用显微熔点仪测定球晶熔点的方法；

5、初步了解球晶的光学性质。

【实验原理】

球晶是聚合物结晶时最普通的一种结晶形式。它得特点是以晶核为中心，呈球形对称向外辐射生长。因此它是一种多晶体。它可以从聚合物溶液中析出，也可以由聚合物熔体中结晶而成。在球晶没有充分生长时，其形状的确似圆球。但当球晶密集在一起时，就呈现为多绵体。

一种聚合物因结晶条件的不同，可以形成几种不同类型的球晶。比如PP，能形成四种不同基本类型以及它们的混合型。球晶不但是一种多晶体，而且是一种晶相和非晶相共存的体系。也就是说，在球晶内部，仍然存在有无定形部分。在适当的条件下，这种无定形部分也可以结晶。

球晶的类型，球晶的大小以及结晶的程度，对聚合物的物理性能有很大的影响。为了制品的物理力学性能满足一定的要求。就应该控制制品内的球晶类型、大小及结晶度。这就有必要对球晶的生长过程进行细致的观察，对其生长速率进行必要的测定。

球晶的形成可以分为两个阶段：成核阶段和生长阶段，在成核阶段，高聚物规则地排列起来形成一个足够大的、热力学上稳定的晶核。成核方式有两种：均相成核和异相成核。均相成核是指处于无定形的高分子由于热涨落而形成晶核的过程。异相成核是指高分子被吸附在固体杂质表面或熔体中存在的未被破坏的晶种表面而形成晶核的过程。异相成核可以在较高的温度下发生。但均相成核只能在稍低的温度下发生。这是因为在温度太高时，分子的热运动要破坏晶核的产生。在生长阶段，球晶的生长速率取决于链段向晶核扩散的速率。成核速率与球晶生长速率对温度的依赖性都是呈单峰形的，如下图所示。

本实验的前一部分是使样品在曲线2的极大值的右侧下部进行球晶的等温培养，这时可得到相当大的球晶。本实验的后一部分是使样品快速冷却，由于在降低之初形成了大量的晶核致使所得球晶尺寸很小。

高聚物球晶在偏光显微镜下能显示出一定的消光图案，可以用显微熔点仪测定球晶生长速率。在偏光显微镜下，球晶通常会表现出特征的黑十字消光图案。这是由于偏振光通过高分子球晶时产生双折射，分成两束电矢量相互垂直的偏振光。这两束光通过样品的速度不同，产生相差从而发生干涉现象，一部分光能够通过检偏器，而另一部分则不能。这样就形成了亮暗区域的黑十字消光。由于光率体椭圆半径方向呈放射线，因而黑带中部较窄而边部较宽。

有些聚合物，除了黑十字消光外，还表现出圆环形的周期性亮暗条带，称为环带球晶。这主要是因为组成球晶的片晶在生长过程中由于外应力的作用发生周期性扭转的结果。如下图所示：

扭转的球晶片晶

球晶径向光率体的旋转

聚（3－羟基丁酸酯）环带球晶的黑十字消光与环消光

【实验仪器与药品】

1，实验仪器

本实验所用设备是显微熔点测定仪配以控温装置。整个设备如图3所示。

图3

入射光线通过反光镜→起偏振片→被观察样品→物镜→检偏部件→目镜，而被人眼观察到。

2，试样(从下述样品中任选一个):

聚（R－3－羟基丁酸酯）（PHB），数均分子质量600000，微生物法合成。

聚（R-3-羟基丁酸-co-5 mol%- R-3-羟基戊酸）（PHBV），微生物法合成。

等规聚丙烯（PP），化学法合成。

【实验内容及步骤】

1，球晶等温结晶的速率测定

a.接通照明光源，调节反光镜；

b.接通加热电源，控制加热台温度到聚合物熔点以上40－50℃。

c.接通熔点仪电源，控制温度为设定的结晶温度。

d.在玻片上加入聚合物粉料，置于热台加热熔化。

e.全熔后加上另一玻片，碾走气泡。

f.把熔化后的样品迅速移至显微熔点仪上观察，记录生长速率随时间变化的数据。

g.重复cdef。

h.切断电源。

2，球晶急冷生长的形貌观察

a.重复步骤d。

b.取出样品放在冷却等温块上降温。

c.在显微熔点仪上观察样品形貌。

d.切断电源。

【数据处理】

（一）等温结晶时，均聚PBS球晶径向生长速率的测定

1.88℃时均聚PBS结晶，测得数据如下表1：

表1

图1

线性拟合后得Y=54.095+0.755x，r=0.999，即生长速率为0.755um/s,置信区间为[0.721 0.789] 2.90℃时均聚PBS结晶，测得数据如下表2：

由r对t作图并拟合得下图2

图1

2.92℃时均聚PBS结晶，测得数据如下表2：

由r对t作图并拟合得下图2

图2

线性拟合后得Y=46.219+0.593x，r=0.999，即生长速率为0.593um/s,置信区间为[0.5657 0.6197] 2.95℃时均聚PBS结晶，测得数据如下表4：

由r对t作图并拟合得下图4

图4

（二）等温结晶时，共聚PBS球晶径向生长速率的测定

1.88℃时共聚PBS结晶，测得数据如下表5：

由r对t作图并拟合得下图5

图5

线性拟合后得Y=46.620+0.668x，r=0.99929，即生长速率为0.668um/s,置信区间为[0.6387 0.6965]

2.90℃时共聚PBS结晶，测得数据如下表6：

由r对t作图并拟合得下图5