问答题
试述凝胶渗透色谱测量高聚物相对分子质量分布及其相对分子质量的原理和方法,并讨论相对分子质量对聚合物黏流温度、冲击强度、拉伸强度的影响。
【正确答案】GPC是根据高分子溶质的体积不同而引起的在凝胶色谱柱中的体积排除效应进行分离的。GPC的色谱柱中装有多孔性的微球凝胶,孔径的大小不等。当高分子溶液被溶剂淋洗进入色谱柱时,溶质高分子向孔洞渗透的程度取决于溶质高分子的体积。溶质高分子的体积越大,向孔洞渗透的程度愈低,在柱中停留的时间越短,其淋洗体积就越小;相反,溶质高分子体积愈小,其淋洗体积就越大。因此,当高分子被溶剂携带流经色谱柱时,就逐渐地按其体积大小进行了分离。
实验表明,淋洗体积Vc与聚合物的相对分子质量M之间的关系符合下式:lnM=A-BVe,其中 M为相对分子质量,A,B为常数,与溶质、溶剂、载体及仪器结构有关,因此需要事先用已知相对分子质量的标准样品进行标定,通常使用的标准样品是单分散的聚苯乙烯。
但是聚苯乙烯的标定曲线并不适合其他聚合物,实验发现,在作淋洗体积和相对分子质量的校正曲线时,如果以聚合物的相对分子质量M和特性黏数[η]的乘积[η]M对淋洗体积Ve作图时,许多聚合物的实验结果都落在同一直线上,我们把[η]M对Ve的标定曲线称为普适标定曲线。
在进行相对分子质量测定时,用一组相对分子质量不等的、单分散的试样作为标准样品,分别测定它们的淋洗体积和相对分子质量,得到标定曲线。根据标准样品和待测样品的k、α值,将标准样品的标定曲线转化成待测样品的标定曲线。将待测样品溶于特定溶剂中,注入GPC,得到待测样品的淋洗曲线,纵坐标正比于淋出液的浓度,横坐标是淋洗体积。将淋洗曲线分割成与纵坐标平行的等宽长条,即相当于把整个聚合物试样分成若干个不同淋洗体积的级分,根据标定曲线计算每一个级分的相对分子质量Mi,因为每一级分的溶液体积相等,所以级分的质量Wi与其浓度成正比,即正比于浓度监测器的响应值Hi(每一级分的纵坐标值),由计算得到的每一级分的质量分数和相对分子质量,就可以得到试样的相对分子质量分布图和各种平均相对分子质量。
聚合物的相对分子质量越大,黏流温度越高,冲击强度和拉伸强度也越大。
【答案解析】