脂溶性聚合物環氧樹脂及甲基硅油分子量分布測定

劉興國 熊亮 曹建明 金燕

美麗而寒冷的冬天又到了，室外大雪紛飛，喜歡運動的小伙伴們由戶外轉戰室內，場館內羽毛球、乒乓球、籃球大戰相繼上演，運動的身姿和藍綠色地面、明亮的籃板構成了一道道靚麗的風景線。你可知道這漂亮的場地和器材是用什么材料制造的嗎？學化學的你可能回答：“有機材料。"其實這些都是聚合物材料，綠色和藍色的防滑地面材料為環氧樹脂，有機玻璃的籃板材料為聚甲基丙烯酸甲酯。這些均為脂溶性聚合物材料的產品，它們已滲透到日常生活和高端科技的方方面面，從每天要用到的塑料袋到航天材料都可看見它們的身影。

今天，飛飛給大家重點介紹兩種脂溶性聚合物。一種是低分子型環氧樹脂，是由雙酚A和環氧丙烷在氫氧化鈉作用下縮聚而成，室溫下為黃色液體或半固體，耐熱、耐化學藥品、電氣絕緣性好，廣泛用于絕緣材料、玻璃鋼、涂料等領域，是常用的基礎化工材料。另外一種為甲基硅油，它具有突出的耐高低溫性、極低的玻璃化溫度、很低的溶解度參數和介電常數等，在織物整理劑、皮革涂飾劑、化妝品、涂料和光敏材料等領域廣泛應用。

分子量分布是表征聚合物的重要指標，對聚合物材料的物理機械性能和成型加工性能影響顯著。常用測定方法有：粘度法、激光光散射法、質譜法和體積排阻色譜法 （SEC法），其中凝膠滲透色譜法（GPC法）作為體積排阻色譜法的一類，方便快捷、設備普及，具有廣泛適用性。通過本文，飛飛給大家介紹以聚苯乙烯為標樣，GPC法測定低分子量環氧樹脂以及甲基硅油分子量的方法，通過對分子量分布的準確控制可以很好地保證產品的質量。變色龍軟件GPC擴展包可以非常方便地將采集的GPC數據進行處理，快速地得到分子量分布的信息，而且該擴展包*免費。

本實驗儀器配置如下：

儀器：賽默飛 U3000高效液相色譜儀

泵：ISO3100 Pump

自動進樣器：WPS 3000SL Autosampler

柱溫箱：TCC3000 Column Compartment

檢測器：ERC 521示差檢測器

變色龍色譜管理軟件 Chromeleon CDS 7.2

1. 環氧樹脂分子量測定

雙酚A型環氧樹脂基本結構及以它為材料制造的體育館環氧地坪見圖1：

圖1 雙酚A型環氧樹脂基本結構及體育館環氧地坪

色譜條件如下：

分析柱：TSKgel G2500HXL 300*7.8mm，P/N:0016135（適用分子量范圍100-20000）；TSKgel G3000HXL 300*7.8mm，P/N:0016136（適用分子量范圍500-60000）；TSKgel G5000HXL 300*7.8mm，P/N:0016138（適用分子量范圍1000-4000000）；三根色譜柱串聯分析。

柱溫：25℃

RI檢測器：過濾常數：2s，溫度：35℃

流動相：四氫呋喃，流速1.0mL/min

進樣量：15µL

對照品為聚苯乙烯，分子量分別為162，370，580，935，1250，1890，3050和4910；稱取適量對照品用四氫呋喃超聲溶解，濃度0.02mg/mL。樣品用四氫呋喃溶解，濃度0.1mg/mL，測定譜圖見圖2。

圖2不同分子量聚苯乙烯對照品測定譜圖

注：580和370兩個對照品出廠報告上polydispersity多分散系數分別為1.13和1.15，分子量集中度差，所以峰形呈現為多簇小峰。其余對照品多分散系數均小于1.05，峰形呈對稱單峰。

校正曲線及相關系數如下：

圖3 校正曲線

校正曲線方程y=-0.0006x3+0.0502x2-1.5496x+20.4439，相關系數R=0.9998。不同廠家不同批次環氧樹脂樣品測定結果如下：

表1 環氧樹脂樣品測定結果

樣品名稱     重均分子量Mw

樣品-1        387

樣品-2         401

樣品-3         396

2. 甲基硅油分子量測定

測試甲基硅油的分子量及其分布，常用的GPC方法是采用甲苯或四氫呋喃作為流動相，但是由于甲苯屬于管制類試劑，不易購買，因此飛飛采用四氫呋喃（THF）作為流動相來測定硅油的分子量及其分布，結果顯示分離與色譜峰形均較好。

對照品為聚苯乙烯，分子量分別為1210，2880，6540，22800，56600和129000；稱取適量對照品用四氫呋喃超聲溶解，濃度約1.0mg/mL。樣品用四氫呋喃溶解，濃度1mg/mL。

色譜條件如下：

分析柱：Shodex KF-805L 8.0*300mm（適用分子量范圍300-2000000）；

柱溫：30℃

RI檢測器溫度：31℃

流動相：四氫呋喃，流速0.8mL/min

進樣量：100µL

對照品測定譜圖及校正曲線如下：

圖4 對照品測定譜圖及校正曲線

校正曲線方程y=-0.0182x3+0.5987x2-7.1522x+34.6655，相關系數R=0.9996。甲基硅油樣品測定結果數均分子量為20727，重均分子量為36273，Z均分子量為59280，Z+1均分子量為91320。

總結

到這里，飛飛給大家介紹了采用U3000液相結合變色龍軟件采集和處理數據，分析低分子量環氧樹脂和甲基硅油分子量的方法，由于兩者分子量范圍差異較大，實驗采用了兩組不同分子量的聚苯乙烯標準品作為對照品。對于環氧樹脂由于需要測定的是低分子量聚合物且對照品分子量接近，所以采用了三根截留分子量不同的凝膠柱串聯進行測定，結果更為準確。變色龍GPC分子量計算擴展包功能強大，導入和使用方便，為廣大變色龍工作站用戶擴展使用GPC功能帶來便利。本文介紹的為脂溶性聚合物的分子量測定，對于水溶性聚合物的分子量分布測定，飛飛這里有較多應用文章供大家參考，感興趣的朋友可聯系我索取，這里給大家提供一篇最常用的，右旋糖酐40的分子量分布測定。