Hur man beräknar molekylvikt av polymer

Polymerer innehåller ett brett spektrum av kedjor med olika molekylvikt, till skillnad från många andra ämnen. Således kan vi inte beräkna den exakta molekylvikten för en polymer; i stället beräknar vi medelmolekylvikten för en polymer. Det är väldigt viktigt att bestämma den genomsnittliga molekylvikten för en polymer eftersom deras egenskaper beror på den. Exempelvis skulle en polymer med en stor medelmolekylvikt uppträda på ett helt annat sätt till en polymer med en liten medelmolekylvikt. Det finns olika tillvägagångssätt för beräkning av polymerernas medelmolekylvikter, inklusive viskometri, osmometri, storleksexklusionskromatografi, ultracentrifugering, ljusspridning, slutgruppsanalys och turbidimetrisk titrering.

Denna artikel fokuserar på,

1. Hur man beräknar molekylvikt av polymer?
       - Nummer-medelmolekylvikt
       - Viktmedelmolekylvikt

2. Vad är Viscometry?

3. Vad är ultracentrifugering?

Hur man beräknar molekylvikt av polymer

Det finns två vanliga sätt att beräkna polymerens medelmolekylvikt om molekylviktsfördelningarna är kända.

Nummer-medelmolekylvikt

Den första metoden är talmedelmolekylvikten (m_n), som hittas av ekvationen;

m_n= Σ x_jag M_jag

M_jag är medelmolekylen i storleksintervallet jag, och x_jag är bråkdelen av det totala antalet kedjor inom det angivna intervallet.

Viktmedelmolekylvikt

Den andra metoden är viktmedelmolekylvikten (m_w), hittades av ekvation;

m_w= Σ w_jag M_jag

M_jag är medelmolekylen i storleksintervallet jag, och W_jag är viktfraktionen av molekylerna inom det givna intervallet.

Vad är Viscometry

Den vanligaste tekniken som används för att bestämma medelmolekylvikten för en polymer är viskosetri, där Ubbelohde viskosimeter används. Vid denna metod bör polymeren vara i flytande form; Om inte, måste det lösas med användning av ett lösningsmedel med en känd koncentration. Enligt Mark-Houwink ekvation kan molekylvikten beräknas om viskositeten (η) är känd.

[η] = K M ^en    ... 1

K och a är kända konstanter som beror på lösningsmedlet, typ av polymer och temperaturen.

Värdet på [η] kan bestämmas genom att plotta ((η- η₀) / η₀c) som en funktion av c, där c är koncentrationen av polymerlösningen. För att bestämma η-viskometeret bör först en serie lösningar av polymerer göras. Då måste utloppstiden bestämmas för varje lösning (t). Enligt Huggins ekvation,

(t - t₀) / t₀c = (η - ηo)/ η₀c ... 2

t₀ är utloppstiden för det rena lösningsmedlet utan polymer. Genom att använda ovanstående 1 och 2 ekvation kan vi bestämma den genomsnittliga viskositeten hos en polymer.

Ubbelohde viskosimeter

 Vad är ultracentrifugering

I denna metod bestäms medelmolekylvikten hos en polymer genom mätning av sedimenteringshastigheter. Sedimentationshastigheten för partiklar är vanligtvis mycket långsam. För att påskynda processen kan vi använda en ultracentrifug. Medelmolekylvikten hos en polymer kan bestämmas med följande ekvation;

M = S R T / (1- ρν_s) D

M är provets molekylvikt, R är universalgaskonstanten, T är temperaturen, ρ är lösningsdensiteten,  ν_s är den specifika volymen av lösningsmedlet, S är sedimenteringskonstanten, och D är diffusionskoefficienten.

S måste bestämas först med hjälp av ekvationen nedan.

S = s / r ω²

s är hastigheten, r är radie och ω är vinkelhastigheten.

Förutom dessa huvudtekniker appliceras även kromatografi, osmometri, ljusspridning, ändgruppsanalys och turbidimetriska titreringsmetoder för bestämning av molekylvikter av polymerer. Den vanligaste och mest enkla tekniken är dock viscometry.

referenser

Stuart, B.H. (2008).Polymeranalys (Volym 30). John Wiley & Sons.

Image Courtesy: 

"Ubbelohde lepkosciomierz" Av Warczp - Egent arbete (CC BY-SA 3.0) via Wikimedia Commons