安东帕落球粘度计测定聚酰胺的比浓粘度

1 介绍

1.1 聚酰胺的质量控制

聚酰胺是含有重复酰胺键-CO-NH-的聚合物，是重要的工程聚合物。已知的主要用途是纤维应用，如生产尼龙长筒袜和其他服装，地毯和工业纺丝。术语尼龙是特定聚合物聚酰胺 6.6 的商品名称。然而，与此同时，这个术语也常被用作线性脂肪族聚酰胺的同义词。

由于聚合物溶液的黏度取决于聚合物的分子量，稀溶液黏度测定常用于聚合物的质量控制。利用这种技术，可以监测批次之间的差异，也可以评估由加工引起的退化。比浓黏度是描述聚酰胺质量的重要参数。它通常也称为黏数(VN) 或施陶丁格函数，是根据 ISO 307 进行测量时的参数。如方程式(Eq.1)所示。比浓黏度 () 由纯溶剂的运行时间 (0)、聚合物溶液的运行时间 () 及其浓度计算得出。换句话说，它是增比黏度(specific viscosity)除以聚合物浓度。

1.2 用 Lovis 测定稀溶液黏度由于其特殊的聚合物软件功能，Lovis 2000 M/ME 非常适合测定多种聚合物参数。 使用 Lovis 进行稀溶液黏度测定，测量小球在纯溶剂和聚合物溶液中的运行时间。通过自动比较运行时间，Lovis 计算出相对黏度。

根据聚合物溶液的相对黏度和浓度，可自动确定特性黏度 (IV)、比浓黏度或比浓对数黏度等参数。提示:当测量至少三种不同浓度梯度的聚合物溶液时，也可以使用“Lovis Polymer (Multi conc.)”方法确定平均摩尔质量。为此，必须在测量之前知道 Mark-Houwink 参数并将其存储在系统中。

2 实验

2.1 样品

在本报告中，一种聚酰胺 6.6(尼龙)样品的比浓黏度是通过将聚合物粉末溶解在间甲酚中来测量的。小贴士:用于溶解尼龙等聚合物的溶剂通常具有很强的腐蚀性和毒性，必须小心使用。请仔细检查所有浸湿部件的耐化学性，防止测量系统被腐蚀。

2.2 样品制备

样品根据标准 ISO 307 制备。为此，将聚合物在 95 ℃ 下干燥 3 小时，然后将规定量(约 0.2500 g)的干燥样品称入 50 mL 量杯中。 此外，放入聚四氟乙烯涂层的磁力搅拌棒和大约加入 30 mL 间甲酚。 然后将混合物在 50 ℃ 至 60 ℃下搅拌，直到聚合物全部溶解并获得澄清溶液。提示：确保将温度保持在间甲酚 (86 ℃) 的闪点以下，以避免形成爆炸性气体。

当溶液冷却至室温时，用磁性回收器移除搅拌棒并用溶剂洗涤，让溶剂流回量杯中。然后，在量杯中加入溶剂至 50 mL 刻度线，轻轻摇动使样品溶液均一，这使得规定的聚酰胺浓度约为 0.0050 g/ml。

2.3 仪器设置测量是使用 DMA 5000 M、Lovis 2000 ME 和 Xsample 530 的组合进行的。但是，对于此类聚合物应用，只用不带密度测量单元 (DMA M) 的 Lovis 2000 M 就足够了，因为所需的参数可以仅根据相对黏度(聚合物溶液与纯溶剂小球运行时间比)确定。

使用 Xsample 530 减少了与间甲酚等有害溶剂的接触，实现了测量自动化和提高了通量。在进行测量之前，请检查所有浸湿部件对待测样品和溶剂的耐化学性。 毛细管：1.8 mm 玻璃材质 • 小球材质：镀金不锈钢 • O 型密封圈：Kalrez® 提示:可以订购耐化学性升级套装，包括一批镀金不锈钢球和 Kalrez® O 型密封圈，以增强耐化学性。

2.4 方法设置

2.4.1 Lovis 设置测量使用“Lovis Polymer (Multi conc.)”方法进行，设置如下: •测量模式:聚合物(P) •温度:25℃ •测量周期:3 •手动角度:30° •测量距离:长 •变异系数:0.35% 聚合物溶液通常是剪切变稀的。因此，在不同的倾角下测量，由于剪切的变化，黏度会得到不同的结果。对于聚合物溶液等样品，应选择低倾角(例如 30°)以防止剪切变稀行为。

或者，可以执行零剪切扫描(ZSS)。提示：使用 ZSS，可以在不同角度进行测量，然后黏度会自动外推到零剪切。这种测量模式可用于更好地比较 Lovis 测量，例如，剪切变稀的样品，以及使用玻璃毛细管黏度计等仪器进行的测量。

2.4.2 Xsample 530

设置对于此应用，可以选择以下 Xsample 530 设置。 •进样模式:压力模式-自动 •排液方式:用洗液 3 排空至废液缸 •过量填充模式:自动对于清洁，可以使用表 1 中显示的设置。为了获得额外的清洁效果，可以在“专家设置”中激活针头浸入。建议将间甲酚等黏度较高的溶剂连接到“Rinse 3”，并在没有溶剂入口过滤器的情况下使用。在这种情况下，液体必须全部不含颗粒。

2.5 测量步骤

在毛细管管理中安装正确的毛细管并使用间甲酚进行水平校准后，使用“Lovis detailed”方法以 30° 的恒定角度多次测量溶剂。随后，这些测量的平均运行时间存储在系统的聚合物溶剂管理中作为后续测量的参考。接下来，在主屏幕的“样品列表”选项卡中选择相应的方法和快速设置，并使用内部数据库中的溶剂参考值开始测量聚合物溶液。提示：使用 Lovis 2000 M/ME 执行稀溶液黏度测定时，不需要毛细管校正或正确密度值。在聚合物测量简短说明 (C72IB012EN) 中查找有关此主题和所有聚合物软件功能(例如聚合物溶剂管理)的更多信息。

2.6 清洗

在测量纯间甲酚后，剩余的溶剂随空气从系统中排出，并使用下表所示的设置用甲醇和乙醇清洁系统。

聚合物测量后，聚合物溶液用间甲酚排出，并根据表 1 中描述的程序清洁系统。为此，按以下顺序使用溶剂：

溶剂 1: 间甲酚

溶剂 2: 甲醇

溶剂 3: 乙醇

提示:如果 350 秒的干燥时间不够，请观察干燥过程和结果，并据此选择合适的干燥时间。通过使用压缩空气，干燥时间可以大大缩短。

3 结果与讨论

可以证明，Lovis 2000 M/ME 可以轻松确定聚酰胺(聚酰胺 6.6，尼龙)的比浓黏度等参数。通过预定义的聚合物方法和自动计算所有感兴趣的参数，Lovis 有助于显著减少操作员的时间。下表中显示的平均值和精度数据是从中间进行清洁的三次测量中获得的。

使用相同的仪器设置，对 PA 6.6 进行了六次进一步测量，得到的结果标准偏差为 0.36%。溶解在间甲酚中的尼龙样品的测量结果与本报告中描述的设置相得益彰。聚合物样品的各个运行时间之间的小偏差表明清洁充分并且没有发生样品残留。

4 总结

Lovis 2000 M 和 Xsample 530 的仪器组合非常适合聚合物溶液的测量，所有接液部件对所用样品和溶剂具有化学耐受性。或者，如果还对密度、动力黏度或运动黏度等参数感兴趣，则可以将 DMA xx00 M 系列的密度计用作主仪器。使用 Xsample 可减少与间甲酚等有害溶剂的接触，并实现自动化并提高样品通量。