一种测量聚合物重均分子量的方法与流程

本发明涉及一种测量聚合物(高分子材料)重均分子量的方法，尤其涉及用力学方法测试聚合物的冲击强度和熔体流动速率，并用非线性拟合方法求解重均分子量。

背景技术：

目前测量高分子材料分子量的方法主要是gpc法，包括高温gpc法。由于没有现成仪器、设备或合适的溶剂，使得获得聚合物的分子量变得困难。流变学方法可以间接地估算高分子材料的分子量参数，如申请号为200910095287.x和201310147593.x的专利均给出了用流变学方法测量线性高分子分子量的方法，但需要流变仪。而本申请不用流变仪，只需要更简单常用的熔体流动速率仪和冲击强度机就能够测量获得聚合物的重均分子量。

技术实现要素：

本发明目的是为解决上述问题而提供一种利用力学测试方法间接测量聚合物材料重均分子量方法。

为了实现上述目的，本发明是这样实现的：

第一步，在冲击试验机上测量聚合物的缺口冲击强度z。

第二步，在熔体流动速率仪上测量聚合物的熔体流动速率x。

第三步，测量出n组数据，分析数据，作缺口冲击强度z随熔体流动速率x变化的拟合曲线。研究表明，聚合物的缺口冲击强度z与熔体流动速率x之间呈幂函数关系：

z＝c0×x^c(1)

式(1)中c和c0为常数。

在现有技术中，聚合物的重均分子量m与熔体流动速率x之间呈一定关系。即

lgx＝a-blgm(2)

式(2)中a、b为常数。

或者

lgx＝a-blgm+flg(m/mn)(2’)

mn为数均分子量，即熔体流动速率x与聚合物的重均分子量m及分子量分布都有关系。

作重均分子量m随熔体流动速率x变化的拟合曲线，研究表明，聚合物的重均分子量m与熔体流动速率x之间也可以用幂函数表示，即：

m＝10⁵×d0×x^d(3)

式(3)中d和d0为常数；

利用式1和式3，化简后可得

m＝10⁵×d0×(z/c0)^d/c(4)

将某聚合物的缺口冲击强度z带入式(4)中，求解后得对应聚合物的重均分子量m。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明从力学测量的角度出发，不需将聚合物溶解，克服了传统测试方式不能或难以测量不溶或难溶物的重均分子量限制；本发明的方法能廉价、快速、环保、较为可靠地测量出聚合物的重均分子量。

说明书附图

图1是重均分子量m与熔体流动速率x(190℃，2.16kg)的曲线；

图2是高密度聚乙烯a的缺口冲击强度与mfr关系曲线；

图3是高密度聚乙烯b的缺口冲击强度与mfr关系曲线；

图4是高密度聚乙烯c的缺口冲击强度与mfr关系曲线。

具体实施方式

实施例1

第一步，在冲击试验机上测量聚合物样品的缺口冲击强度z；(标准为gb/t1843-2008)

第二步，在熔体流动速率仪上测量聚合物样品的熔体流动速率x；(标准为gb/t3682-2000)。

根据上述步骤，分别测量出几种高密度聚乙烯样品(如a,b,c,d等)的重均分子量m(ma，mb，mc，md)与熔体流动速率x(xa，xb，xc，xd)(190℃，2.16kg)的数据，作重均分子量m随熔体流动速率x变化的拟合曲线，该关系曲线如图1所示；

从图1可知两者之间的关系可以用m＝10⁵×d0×x^d式(ⅱ)表示，

其中d＝-0.24，d0＝1.477。

从而可知高密度聚乙烯样品a的重均分子量ma与熔体流动速率xa(190℃，2.16kg)的关系；

取两种聚合物材料，如高密度聚乙烯a和高密度聚乙烯a1，通过密炼机或双螺杆挤出机将两种材料采用不同比例共混(如30/70、50/50、70/30等)，得到a/a1共混材料，分别测量a/a1共混材料、纯料a和纯料a1的z和x值。

作上述缺口冲击强度z随熔体流动速率x变化的拟合曲线，其缺口冲击强度z与熔体流动速率x之间曲线如图2所示；

两者之间关系可以用z＝c0×x^c式(ⅰ)表示，

其中c＝-0.74，c0＝54.3。

将式(ⅰ)和式(ⅱ)化简后可得

m＝10⁵×d0×(z/c0)^d/c(ⅲ)

在已知各常数的情况下，只需要测得材料a的缺口冲击强度z，就能通过式(ⅲ)获得重均分子量的信息。

根据上述步骤，测得高密度聚乙烯a的缺口冲击强度为38kj/m²，可得高密度聚乙烯a的重均分子量为1.32×10⁵。

将高密度聚乙烯a采用传统的高温gpc法测量其重均分子量为1.5×10⁵，可见用本发明的方法求得的重均分子量与gpc测量值相差较小。

实施例2

第一步，在冲击试验机上测量聚合物样品的缺口冲击强度z；(测量标准为gb/t1843-2008)

第二步，在熔体流动速率仪上测量聚合物样品的熔体流动速率x；(测量标准为gb/t3682-2000)。

根据上述步骤，分别测量出几种高密度聚乙烯样品(如a,b,c,d等)的重均分子量m(ma，mb，mc，md)与熔体流动速率x(xa，xb，xc，xd)(190℃，2.16kg)的数据，作重均分子量m随熔体流动速率x变化的拟合曲线，该关系曲线如图1所示；

从图1可知两者之间的关系可以用m＝10⁵×d0×x^d(ⅱ)表示，

其中d＝-0.24，d0＝1.477。

从而可知高密度聚乙烯样品b的重均分子量mb与熔体流动速率xb(190℃，2.16kg)的关系；

取两种聚合物材料，如高密度聚乙烯b和高密度聚乙烯b1，通过密炼机或双螺杆挤出机将两种采用不同比例共混(如30/70、50/50、70/30等)，得b/b1共混材料，分别测得b/b1共混材料、纯料b和纯料b1的z和x值。

作上述缺口冲击强度z随熔体流动速率x变化的拟合曲线，其缺口冲击强度z与熔体流动速率x之间曲线如图3所示。

两者之间关系可以用z＝c0×x^c(ⅰ)表示，

其中c＝-0.49，c0＝20.67。

将式(ⅰ)和式(ⅱ)化简后可得

m＝10⁵×d0×(z/c0)^d/c(ⅲ)

在已知各常数的情况下，只需要测得材料b的缺口冲击强度z，就能通过式(ⅲ)获得重均分子量信息。

根据上述步骤，测得高密度聚乙烯b的缺口冲击强度为10.39kj/m²，可得高密度聚乙烯b的重均分子量为1.05×10⁵。

将高密度聚乙烯b采用传统的高温gpc法测量其重均分子量，最终测得的结果为0.94×10⁵。可见用本发明的方法求得的重均分子量与gpc测量值相差较小。

实施例3

第一步，在冲击试验机上测量聚合物样品的缺口冲击强度z；(测量标准为gb/t1843-2008)

第二步，在熔体流动速率仪上测量聚合物样品的熔体流动速率x；(测量标准为gb/t3682-2000)；

根据上述步骤，分别测量出几种高密度聚乙烯样品(如a,b,c,d等)的重均分子量m(ma，mb，mc，md)与熔体流动速率x(xa，xb，xc，xd)(190℃，2.16kg)的数据，作重均分子量m随熔体流动速率x变化的拟合曲线，该关系曲线如图1所示；

从图1可知两者之间的关系可以用m＝10⁵×d0×x^d(ⅱ)表示，

其中d＝-0.24，d0＝1.477。

从图1中知高密度聚乙烯样品c的重均分子量mc与熔体流动速率xc(190℃，2.16kg)

的关系；

选取高密度聚乙烯c和高密度聚乙烯c1材料，过密炼机或双螺杆挤出机将两种采用不同比例共混(如30/70、50/50、70/30等)，得c/c1共混材料，测得c/c1共混材料、纯料c和纯料c1的z和x值。

作上述缺口冲击强度z随熔体流动速率x变化的拟合曲线，其缺口冲击强度z与熔体流动速率x之间曲线如图4所示。

两者之间关系可以用z＝c0×x^c(ⅰ)表示，

其中c＝-0.76，c0＝37.9。

将式(ⅰ)和式(ⅱ)化简后可得

m＝10⁵×d0×(z/c0)^d/c(ⅲ)

在已知各常数的情况下，只需要测得材料c的缺口冲击强度z，就能通过式(ⅲ)获得重均分子量信息。

根据上述步骤，测得高密度聚乙烯c的缺口冲击强度为24.3kj/m²，可得高密度聚乙烯c的重均分子量为1.26×10⁵。

将高密度聚乙烯c采用传统的高温gpc法测量其重均分子量，最终测得的结果为1.1×10⁵。可见用本发明的方法求得的重均分子量与gpc测量值相差较小。

以上所述仅为本发明的若干个具体实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，还可以做出许多变型和改进，所有未超出权利要求所述的变型或改进均应视为本发明的保护范围。