安東帕落球粘度計測定聚酰胺的比濃粘度

1 介紹

1.1 聚酰胺的質(zhì)量控制

聚酰胺是含有重復(fù)酰胺鍵-CO-NH-的聚合物，是重要的工程聚合物。已知的主要用途是纖維應(yīng)用，如生產(chǎn)尼龍長筒襪和其他服裝，地毯和工業(yè)紡絲。術(shù)語尼龍是特定聚合物聚酰胺 6.6 的商品名稱。然而，與此同時，這個術(shù)語也常被用作線性脂肪族聚酰胺的同義詞。

由于聚合物溶液的黏度取決于聚合物的分子量，稀溶液黏度測定常用于聚合物的質(zhì)量控制。利用這種技術(shù)，可以監(jiān)測批次之間的差異，也可以評估由加工引起的退化。比濃黏度是描述聚酰胺質(zhì)量的重要參數(shù)。它通常也稱為黏數(shù)(VN) 或施陶丁格函數(shù)，是根據(jù) ISO 307 進(jìn)行測量時的參數(shù)。如方程式(Eq.1)所示。比濃黏度 () 由純?nèi)軇┑倪\(yùn)行時間 (0)、聚合物溶液的運(yùn)行時間 () 及其濃度計算得出。換句話說，它是增比黏度(specific viscosity)除以聚合物濃度。

1.2 用 Lovis 測定稀溶液黏度由于其特殊的聚合物軟件功能，Lovis 2000 M/ME 非常適合測定多種聚合物參數(shù)。 使用 Lovis 進(jìn)行稀溶液黏度測定，測量小球在純?nèi)軇┖途酆衔锶芤褐械倪\(yùn)行時間。通過自動比較運(yùn)行時間，Lovis 計算出相對黏度。

根據(jù)聚合物溶液的相對黏度和濃度，可自動確定特性黏度 (IV)、比濃黏度或比濃對數(shù)黏度等參數(shù)。提示:當(dāng)測量至少三種不同濃度梯度的聚合物溶液時，也可以使用“Lovis Polymer (Multi conc.)"方法確定平均摩爾質(zhì)量。為此，必須在測量之前知道 Mark-Houwink 參數(shù)并將其存儲在系統(tǒng)中。

2 實(shí)驗(yàn)

2.1 樣品

在本報告中，一種聚酰胺 6.6(尼龍)樣品的比濃黏度是通過將聚合物粉末溶解在間甲酚中來測量的。小貼士:用于溶解尼龍等聚合物的溶劑通常具有很強(qiáng)的腐蝕性和毒性，必須小心使用。請仔細(xì)檢查所有浸濕部件的耐化學(xué)性，防止測量系統(tǒng)被腐蝕。

2.2 樣品制備

樣品根據(jù)標(biāo)準(zhǔn) ISO 307 制備。為此，將聚合物在 95 ℃ 下干燥 3 小時，然后將規(guī)定量(約 0.2500 g)的干燥樣品稱入 50 mL 量杯中。 此外，放入聚四氟乙烯涂層的磁力攪拌棒和大約加入 30 mL 間甲酚。 然后將混合物在 50 ℃ 至 60 ℃下攪拌，直到聚合物全部溶解并獲得澄清溶液。提示：確保將溫度保持在間甲酚 (86 ℃) 的閃點(diǎn)以下，以避免形成爆炸性氣體。

當(dāng)溶液冷卻至室溫時，用磁性回收器移除攪拌棒并用溶劑洗滌，讓溶劑流回量杯中。然后，在量杯中加入溶劑至 50 mL 刻度線，輕輕搖動使樣品溶液均一，這使得規(guī)定的聚酰胺濃度約為 0.0050 g/ml。

2.3 儀器設(shè)置測量是使用 DMA 5000 M、Lovis 2000 ME 和 Xsample 530 的組合進(jìn)行的。但是，對于此類聚合物應(yīng)用，只用不帶密度測量單元 (DMA M) 的 Lovis 2000 M 就足夠了，因?yàn)樗璧膮?shù)可以僅根據(jù)相對黏度(聚合物溶液與純?nèi)軇┬∏蜻\(yùn)行時間比)確定。

使用 Xsample 530 減少了與間甲酚等有害溶劑的接觸，實(shí)現(xiàn)了測量自動化和提高了通量。在進(jìn)行測量之前，請檢查所有浸濕部件對待測樣品和溶劑的耐化學(xué)性。 毛細(xì)管：1.8 mm 玻璃材質(zhì) • 小球材質(zhì)：鍍金不銹鋼 • O 型密封圈：Kalrez® 提示:可以訂購耐化學(xué)性升級套裝，包括一批鍍金不銹鋼球和 Kalrez® O 型密封圈，以增強(qiáng)耐化學(xué)性。

2.4 方法設(shè)置

2.4.1 Lovis 設(shè)置測量使用“Lovis Polymer (Multi conc.)"方法進(jìn)行，設(shè)置如下: •測量模式:聚合物(P) •溫度:25℃ •測量周期:3 •手動角度:30° •測量距離:長 •變異系數(shù):0.35% 聚合物溶液通常是剪切變稀的。因此，在不同的傾角下測量，由于剪切的變化，黏度會得到不同的結(jié)果。對于聚合物溶液等樣品，應(yīng)選擇低傾角(例如 30°)以防止剪切變稀行為。

或者，可以執(zhí)行零剪切掃描(ZSS)。提示：使用 ZSS，可以在不同角度進(jìn)行測量，然后黏度會自動外推到零剪切。這種測量模式可用于更好地比較 Lovis 測量，例如，剪切變稀的樣品，以及使用玻璃毛細(xì)管黏度計等儀器進(jìn)行的測量。

2.4.2 Xsample 530

設(shè)置對于此應(yīng)用，可以選擇以下 Xsample 530 設(shè)置。 •進(jìn)樣模式:壓力模式-自動 •排液方式:用洗液 3 排空至廢液缸 •過量填充模式:自動對于清潔，可以使用表 1 中顯示的設(shè)置。為了獲得額外的清潔效果，可以在“專家設(shè)置"中激活針頭浸入。建議將間甲酚等黏度較高的溶劑連接到“Rinse 3"，并在沒有溶劑入口過濾器的情況下使用。在這種情況下，液體必須全部不含顆粒。

2.5 測量步驟

在毛細(xì)管管理中安裝正確的毛細(xì)管并使用間甲酚進(jìn)行水平校準(zhǔn)后，使用“Lovis detailed"方法以 30° 的恒定角度多次測量溶劑。隨后，這些測量的平均運(yùn)行時間存儲在系統(tǒng)的聚合物溶劑管理中作為后續(xù)測量的參考。接下來，在主屏幕的“樣品列表"選項(xiàng)卡中選擇相應(yīng)的方法和快速設(shè)置，并使用內(nèi)部數(shù)據(jù)庫中的溶劑參考值開始測量聚合物溶液。提示：使用 Lovis 2000 M/ME 執(zhí)行稀溶液黏度測定時，不需要毛細(xì)管校正或正確密度值。在聚合物測量簡短說明 (C72IB012EN) 中查找有關(guān)此主題和所有聚合物軟件功能(例如聚合物溶劑管理)的更多信息。

2.6 清洗

在測量純間甲酚后，剩余的溶劑隨空氣從系統(tǒng)中排出，并使用下表所示的設(shè)置用甲醇和乙醇清潔系統(tǒng)。

聚合物測量后，聚合物溶液用間甲酚排出，并根據(jù)表 1 中描述的程序清潔系統(tǒng)。為此，按以下順序使用溶劑：

溶劑 1: 間甲酚

溶劑 2: 甲醇

溶劑 3: 乙醇

提示:如果 350 秒的干燥時間不夠，請觀察干燥過程和結(jié)果，并據(jù)此選擇合適的干燥時間。通過使用壓縮空氣，干燥時間可以大大縮短。

3 結(jié)果與討論

可以證明，Lovis 2000 M/ME 可以輕松確定聚酰胺(聚酰胺 6.6，尼龍)的比濃黏度等參數(shù)。通過預(yù)定義的聚合物方法和自動計算所有感興趣的參數(shù)，Lovis 有助于顯著減少操作員的時間。下表中顯示的平均值和精度數(shù)據(jù)是從中間進(jìn)行清潔的三次測量中獲得的。

使用相同的儀器設(shè)置，對 PA 6.6 進(jìn)行了六次進(jìn)一步測量，得到的結(jié)果標(biāo)準(zhǔn)偏差為 0.36%。溶解在間甲酚中的尼龍樣品的測量結(jié)果與本報告中描述的設(shè)置相得益彰。聚合物樣品的各個運(yùn)行時間之間的小偏差表明清潔充分并且沒有發(fā)生樣品殘留。

4 總結(jié)

Lovis 2000 M 和 Xsample 530 的儀器組合非常適合聚合物溶液的測量，所有接液部件對所用樣品和溶劑具有化學(xué)耐受性。或者，如果還對密度、動力黏度或運(yùn)動黏度等參數(shù)感興趣，則可以將 DMA xx00 M 系列的密度計用作主儀器。使用 Xsample 可減少與間甲酚等有害溶劑的接觸，并實(shí)現(xiàn)自動化并提高樣品通量。