脂溶性聚合物環(huán)氧樹(shù)脂及甲基硅油分子量分布測(cè)定

劉興國(guó) 熊亮 曹建明 金燕

美麗而寒冷的冬天又到了，室外大雪紛飛，喜歡運(yùn)動(dòng)的小伙伴們由戶(hù)外轉(zhuǎn)戰(zhàn)室內(nèi)，場(chǎng)館內(nèi)羽毛球、乒乓球、籃球大戰(zhàn)相繼上演，運(yùn)動(dòng)的身姿和藍(lán)綠色地面、明亮的籃板構(gòu)成了一道道靚麗的風(fēng)景線(xiàn)。你可知道這漂亮的場(chǎng)地和器材是用什么材料制造的嗎？學(xué)化學(xué)的你可能回答：“有機(jī)材料。"其實(shí)這些都是聚合物材料，綠色和藍(lán)色的防滑地面材料為環(huán)氧樹(shù)脂，有機(jī)玻璃的籃板材料為聚甲基丙烯酸甲酯。這些均為脂溶性聚合物材料的產(chǎn)品，它們已滲透到日常生活和高端科技的方方面面，從每天要用到的塑料袋到航天材料都可看見(jiàn)它們的身影。

今天，飛飛給大家重點(diǎn)介紹兩種脂溶性聚合物。一種是低分子型環(huán)氧樹(shù)脂，是由雙酚A和環(huán)氧丙烷在氫氧化鈉作用下縮聚而成，室溫下為黃色液體或半固體，耐熱、耐化學(xué)藥品、電氣絕緣性好，廣泛用于絕緣材料、玻璃鋼、涂料等領(lǐng)域，是常用的基礎(chǔ)化工材料。另外一種為甲基硅油，它具有突出的耐高低溫性、極低的玻璃化溫度、很低的溶解度參數(shù)和介電常數(shù)等，在織物整理劑、皮革涂飾劑、化妝品、涂料和光敏材料等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。

分子量分布是表征聚合物的重要指標(biāo)，對(duì)聚合物材料的物理機(jī)械性能和成型加工性能影響顯著。常用測(cè)定方法有：粘度法、激光光散射法、質(zhì)譜法和體積排阻色譜法 （SEC法），其中凝膠滲透色譜法（GPC法）作為體積排阻色譜法的一類(lèi)，方便快捷、設(shè)備普及，具有廣泛適用性。通過(guò)本文，飛飛給大家介紹以聚苯乙烯為標(biāo)樣，GPC法測(cè)定低分子量環(huán)氧樹(shù)脂以及甲基硅油分子量的方法，通過(guò)對(duì)分子量分布的準(zhǔn)確控制可以很好地保證產(chǎn)品的質(zhì)量。變色龍軟件GPC擴(kuò)展包可以非常方便地將采集的GPC數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，快速地得到分子量分布的信息，而且該擴(kuò)展包*免費(fèi)。

本實(shí)驗(yàn)儀器配置如下：

儀器：賽默飛 U3000高效液相色譜儀

泵：ISO3100 Pump

自動(dòng)進(jìn)樣器：WPS 3000SL Autosampler

柱溫箱：TCC3000 Column Compartment

檢測(cè)器：ERC 521示差檢測(cè)器

變色龍色譜管理軟件 Chromeleon CDS 7.2

1. 環(huán)氧樹(shù)脂分子量測(cè)定

雙酚A型環(huán)氧樹(shù)脂基本結(jié)構(gòu)及以它為材料制造的體育館環(huán)氧地坪見(jiàn)圖1：

圖1 雙酚A型環(huán)氧樹(shù)脂基本結(jié)構(gòu)及體育館環(huán)氧地坪

色譜條件如下：

分析柱：TSKgel G2500HXL 300*7.8mm，P/N:0016135（適用分子量范圍100-20000）；TSKgel G3000HXL 300*7.8mm，P/N:0016136（適用分子量范圍500-60000）；TSKgel G5000HXL 300*7.8mm，P/N:0016138（適用分子量范圍1000-4000000）；三根色譜柱串聯(lián)分析。

柱溫：25℃

RI檢測(cè)器：過(guò)濾常數(shù)：2s，溫度：35℃

流動(dòng)相：四氫呋喃，流速1.0mL/min

進(jìn)樣量：15µL

對(duì)照品為聚苯乙烯，分子量分別為162，370，580，935，1250，1890，3050和4910；稱(chēng)取適量對(duì)照品用四氫呋喃超聲溶解，濃度0.02mg/mL。樣品用四氫呋喃溶解，濃度0.1mg/mL，測(cè)定譜圖見(jiàn)圖2。

圖2不同分子量聚苯乙烯對(duì)照品測(cè)定譜圖

注：580和370兩個(gè)對(duì)照品出廠(chǎng)報(bào)告上polydispersity多分散系數(shù)分別為1.13和1.15，分子量集中度差，所以峰形呈現(xiàn)為多簇小峰。其余對(duì)照品多分散系數(shù)均小于1.05，峰形呈對(duì)稱(chēng)單峰。

校正曲線(xiàn)及相關(guān)系數(shù)如下：

圖3 校正曲線(xiàn)

校正曲線(xiàn)方程y=-0.0006x3+0.0502x2-1.5496x+20.4439，相關(guān)系數(shù)R=0.9998。不同廠(chǎng)家不同批次環(huán)氧樹(shù)脂樣品測(cè)定結(jié)果如下：

表1 環(huán)氧樹(shù)脂樣品測(cè)定結(jié)果

樣品名稱(chēng)     重均分子量Mw

樣品-1        387

樣品-2         401

樣品-3         396

2. 甲基硅油分子量測(cè)定

測(cè)試甲基硅油的分子量及其分布，常用的GPC方法是采用甲苯或四氫呋喃作為流動(dòng)相，但是由于甲苯屬于管制類(lèi)試劑，不易購(gòu)買(mǎi)，因此飛飛采用四氫呋喃（THF）作為流動(dòng)相來(lái)測(cè)定硅油的分子量及其分布，結(jié)果顯示分離與色譜峰形均較好。

對(duì)照品為聚苯乙烯，分子量分別為1210，2880，6540，22800，56600和129000；稱(chēng)取適量對(duì)照品用四氫呋喃超聲溶解，濃度約1.0mg/mL。樣品用四氫呋喃溶解，濃度1mg/mL。

色譜條件如下：

分析柱：Shodex KF-805L 8.0*300mm（適用分子量范圍300-2000000）；

柱溫：30℃

RI檢測(cè)器溫度：31℃

流動(dòng)相：四氫呋喃，流速0.8mL/min

進(jìn)樣量：100µL

對(duì)照品測(cè)定譜圖及校正曲線(xiàn)如下：

圖4 對(duì)照品測(cè)定譜圖及校正曲線(xiàn)

校正曲線(xiàn)方程y=-0.0182x3+0.5987x2-7.1522x+34.6655，相關(guān)系數(shù)R=0.9996。甲基硅油樣品測(cè)定結(jié)果數(shù)均分子量為20727，重均分子量為36273，Z均分子量為59280，Z+1均分子量為91320。

總結(jié)

到這里，飛飛給大家介紹了采用U3000液相結(jié)合變色龍軟件采集和處理數(shù)據(jù)，分析低分子量環(huán)氧樹(shù)脂和甲基硅油分子量的方法，由于兩者分子量范圍差異較大，實(shí)驗(yàn)采用了兩組不同分子量的聚苯乙烯標(biāo)準(zhǔn)品作為對(duì)照品。對(duì)于環(huán)氧樹(shù)脂由于需要測(cè)定的是低分子量聚合物且對(duì)照品分子量接近，所以采用了三根截留分子量不同的凝膠柱串聯(lián)進(jìn)行測(cè)定，結(jié)果更為準(zhǔn)確。變色龍GPC分子量計(jì)算擴(kuò)展包功能強(qiáng)大，導(dǎo)入和使用方便，為廣大變色龍工作站用戶(hù)擴(kuò)展使用GPC功能帶來(lái)便利。本文介紹的為脂溶性聚合物的分子量測(cè)定，對(duì)于水溶性聚合物的分子量分布測(cè)定，飛飛這里有較多應(yīng)用文章供大家參考，感興趣的朋友可聯(lián)系我索取，這里給大家提供一篇最常用的，右旋糖酐40的分子量分布測(cè)定。