根據(jù) EN ISO 3146
測定半結(jié)晶聚合物的熔化范圍
熔點應(yīng)用
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簡介
根據(jù)法規(guī) EN ISO 3146,通常聚合物不具有作為低分子物質(zhì)的明確熔點。在這里,我們證明了采用步琦熔點儀 M-565 根據(jù)相關(guān)法規(guī) EN ISO 3146 中方法 A:使用毛細管法測定半結(jié)晶聚合物熔化范圍的可行性。
選擇半結(jié)晶聚四氟乙烯(PTFE)作為測試材料進行熔點測量。對于分析的 PTFE 樣品,根據(jù)報道其熔點范圍在 322.9±0.4°C 到 326.0±0.1°C 之間,根據(jù) HG/T 2902-2024《模塑用聚四氟乙烯樹脂》(替代HG/T 2902-1997)技術(shù)要求熔點應(yīng)在 327±5℃。
▲ 步琦噴霧干燥儀 S-300 配置的 PTFE 出口過濾袋
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實驗介紹
結(jié)晶和半結(jié)晶聚合物的熔融過程屬于結(jié)構(gòu)敏感型。此外,分子量、分子量分布、質(zhì)量、結(jié)晶材料/相的體積分數(shù)和熱力學(xué)性質(zhì)等參數(shù)對聚合物材料的熔融表現(xiàn)也有很大的影響。另外,樣品的熱歷史(物質(zhì)在地質(zhì)歷史中所經(jīng)歷的溫度變化過程)也會影響聚合物的熔化。
根據(jù)以了解的樣品參數(shù)特性,我們不能期望檢測到聚合物材料的確切熔點,而是可以得到一個熔化范圍。
半結(jié)晶聚合物的熔化范圍開始于樣品的固體粉末形態(tài)發(fā)生輕微的改變,并在物質(zhì)熔化而結(jié)晶相消失之前繼續(xù)經(jīng)歷粘性過渡轉(zhuǎn)變的過程(如 圖1 所示)。
▲ 圖1 所示。聚四氟乙烯的熔化過程。綠色曲線表示熔點軟件 Melting Point Monitor1.2 記錄的相應(yīng)熔化等級。熔點范圍為 322.9±0.4°C ~ 326.0±0.1°C。
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實驗
為了接近測試化合物的熔化溫度,使用自動裝樣器 M-569 在毛細管中進行裝填聚四氟乙烯粉末(Sigma Aldrich,粉末狀,自由流動,粒徑 ≤12μm)。聚四氟乙烯(PTFE)提前在 25℃ 室溫且相對濕度為 55% 條件下放置 3h,備用。
裝填好樣品的熔點毛細管置于熔點儀 M-565 中,每次可測 3 個平行樣品,設(shè)定升溫梯度 10°C/min。三個測試樣的平均熔化溫度為 328.1℃。
為了確定 PTFE 更加準確的熔化范圍,新制備的樣品僅使用 2.0°C/min 的升溫梯度,并利用熔點軟件 Melting Point Monitor 1.2 版本記錄樣品的整個熔化過程。通過編輯熔點測定方法,初始溫度設(shè)定微低于預(yù)期熔點(328.1°C)20°C 開始升溫,終點溫度定為高于預(yù)期熔點(328.1°C)的 10°C 左右結(jié)束,該過程在沒有監(jiān)督的情況下運行。每次運行后分析記錄的數(shù)據(jù)。
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結(jié)果
按照上述制備過程共測量六個 PTFE 樣品,顯示熔化過程開始于 322.9±0.4°C,在 326.0±0.1°C 下完成熔化。正如預(yù)期的那樣,與 10°C/min 的加熱梯度相比,2.0°C/min 的加熱梯度在較低的溫度下完成熔化。
表1 總結(jié)了所有六個樣本的結(jié)果;Tstart 為樣品開始熔化時的溫度,Tend 為熔化過程完成時的溫度。熔化過程如 圖1 所示。綠色曲線對應(yīng)于每個溫度下各自的熔化等級。
表1:六個 PTFE 樣品的熔化范圍數(shù)據(jù)。溫度以 ℃ 表示。
樣品 | Tstart | Tend | 平均值(Tstart) | Std(Tstart) |
1 | 322.8 | 326.1 | 322.9 | 0.4 |
2 | 322.3 | 325.8 | ||
3 | 323.1 | 325.9 | ||
平均值(Tend) | Std(Tend) | |||
4 | 323.4 | 326.1 | 326.0 | 0.1 |
5 | 323.2 | 325.9 | ||
6 | 322.7 | 326.2 |
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實驗結(jié)論
本次實驗成功地證明了半結(jié)晶聚合物的熔化范圍可以根據(jù)相關(guān)法規(guī) EN ISO 3146 使用步琦熔點儀 M-565 測定。結(jié)果標準偏差 <0.5°C——符合 EN ISO 3146 和 HG/T 2902-2024 中的規(guī)范要求。
顯然通過實驗結(jié)果證實,步琦熔點儀 M-565 可以應(yīng)用于熔化范圍的測量,儀器系統(tǒng)自帶三種檢測模式:藥典熔點(終熔),熱力學(xué)熔點(初熔)和熔程范圍;除此以外,M-565 還是市場中同時具備測定熔點和沸點功能的儀器,搭配自動裝樣器 M-569 保證每次的樣品裝填均一性,這使得 M-565 成為晶體和半晶體聚合物質(zhì)量控制的經(jīng)濟型和多功能型儀器。
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參考
EN ISO 3146 : 2002-06
HG/T 2902-2024《模塑用聚四氟乙烯樹脂》
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