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熔点和玻璃化转变温度的测定实验


实验室k / 2018-09-04

       本实验所用的差热分析仪可以买商品的,也可按下述方法组装(有人报道用弗希尔-约翰斯(Fisher-Johns)的熔点仪改装成一套类似的仪器).用一块直径4英寸,高2.5英寸的钢块制成加热块.尽可能环绕靠近热块的中心处钻三个1.25英寸深的圆洞;有两个圆洞应足够大以便正好放入一对10×75毫米的试管;第三个洞应可插入一支-10-360℃的温度计或一只热电偶.在热块周围牢靠地装上一个1000瓦、230伏的加热圈,热块放在一块石棉板或可移动的底座上,加热元件接到一个输入为115伏、输出为230伏的调压变压器上.在热块的顶上加上一个合适的石棉盖以减少热量散失和减轻意外的着火危险.热电偶是用铁-康铜丝制成的,用一根双孔瓷管保护,将一对热电偶平行地反串接起来,用一木块固定,使其间距离对应于热块中放置试管的孔中心之间的距离,热电偶要足够长,使之能达到试管的底部.整个热偶附件用自由夹夹住并固定在铁环架上.再把热电偶接到检流计或长图形记录仪.整个装置如图22-2所示. 要预先测定能保证在整个实验范围内可以得到等速升温所需的调压变压器的调整,以便学生实验时就可以用.

熔点和玻璃化转变温度的测定实验

       校正    在两个10×75毫米试管中都放置一支360℃温度计,然后在试管内倒入约1英寸高的矿物油(Nujol);并在热块的三个孔中都滴入几滴矿物油以有助于热传导均匀;最后,将试管放入其各自的孔中,并将另一支360温度计插入热块的第三孔中,以每分钟10℃的速度加热热块,并每隔10℃记一次三支温度计的读数,直至300℃.两试管中的温度计应在整个温度范围内都有相同的读数.热块中的温度计和试管中温度计的读数差在差热分析中用于校正试样的转变温度.

       在整个加热周期完成之后,小心地从热块上取走加热圈,然后用石棉手套将热块移至一个金属容器中.用冷自来水冷却金属容器使热块冷至室温.从水中取出热块并用吸水纸擦干.热块的孔用少量丙酮冲洗,然后用压缩空气吹干.此时热块可以再放在加热圈中,并把加热圈装牢以便下次用.

       用苯甲酸样品来鉴定从热谱所测得熔点的准确性,而且因为热谱峰下面的总面积和熔融热(△Hf)有关,因此也可以测定这一套DTA仪器每单位峰面积的卡数.苯甲酸的熔点为122℃,熔融热为34卡/克.

       在一支干净的样品管中装入约1英寸高的矿物油.第二支试管准确地称重后装入约3/4英寸高的苯甲酸,然后再称重.在第二支试管中再装入矿物油使两支试管的液面高度相同,再把它们放在热块中.将热偶对放入试管中,其中参比热偶(选择和制作参比热偶时,要使放热在记录仪上作为负值指示)要插入单放矿物油的试管中,进行调节使热偶的末端几乎伸到试管底.以每分钟约7℃的速率升温至160℃左右.如果不用自动记录仪而用检流计读数,则在没有发生明显变化的情况下每分钟读一次读数,但在接近熔点时读数的时间间隔应短些.在进行分析时记录仪如有平稳的漂移说明热偶没有放好,应重新调整较热的那只热偶位置,直至偏差降为零或在几分钟内保持不变.在后一情况下,应重新调整检流计本身使之为零.完成分析之后,应按前面所述方法将热块冷却.

       分析1    先用线形的(高密度)聚乙烯,然后用支化的(低密度)聚乙烯代替苯甲酸,重复上述操作.从检流计的偏转对温度所作的图上可以得到各试样的Tm;△Hf值则可从热谱峰下的面积求算.

       由于高分子是不完全结晶的,而且一种特定的聚合物试样的△Hf值是与该聚合物试样的结晶度有关的,所以该试样的△Hf值与同一聚合物的完善晶体的△Hf的比值乘以100应可用来表示其结晶度百分数.虽然没有完善的聚乙烯结晶样品,但我们可用结晶的长链烷烃,例如C32-烃即三十二碳烷的△Hf值(65卡/克)作为完善的聚乙烯晶体的△Hf近似值.这种方法对于测定一般为无定形聚合物的立体有规度也是有用的,因为结晶度与立体有规度是对应的.

       分析2    按上述聚乙烯所用的方法来测定聚已二酸乙二醇酯和聚对苯二甲酸乙二醇酯的热谱,但有下列不同:(1)聚合物试样无须称重;(2)在一支干净的参比试管中装1英寸高的沙子(两支试管中都不要放矿物油),而样品管则装约3/4英寸高的聚合物;再放好热电偶使样品热偶的末端插入聚合物中,然后在样品管中再加入沙子并和参比试管中的沙子同样高度.对聚己二酸乙二醇酯的试样以每分钟7℃的速率升温至100℃;而对聚对苯二甲酸乙二醇酯以每分钟10℃的速率升温至300℃.

       分析3    用和聚己二酸乙二醇酯相同的方法测定聚氯乙烯的热谱至150℃,以测定该聚合物的Tg.在实验完成之后,热块应擦上一薄层润滑油.

       仪器    热块,调压变压器,检流计或记录仪,17×75毫米试管,温度计,热电偶,天平.

       化学试剂    沙子,矿物油,苯甲酸,聚乙烯(线形的和支化的),聚己二酸乙二醇酯,聚对苯二甲酸乙二醇酯,聚氯乙烯.


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