- •Оглавление
- •Глава 1. Ультрафиолетовая спектроскопия
- •1.1. Общие положения
- •1.2. Примеры применения УФ-спектроскопии в исследованиях макромолекулярной химии
- •Предсказание параметров и индексов реакционной способности винильных соединений в полимеризации и сополимеризации
- •Определение полосы переноса заряда в комплексе винилкарбазол – диэтилалюминийхлорид
- •1.3. Изучение кинетики химической реакции
- •1.4. Заключение
- •Глава 2. Инфракрасная спектроскопия полимеров
- •2.1. Идентификация полимерных материалов
- •2.2. Определение микроструктуры полимеров
- •2.3. Изучение кинетики полимеризации
- •2.4. Определение и изучение межмолекулярных и внутримолекулярных водородных связей
- •2.5. Определение степени кристалличности полимеров
- •2.7. Заключение
- •Глава 3. Метод ядерного магнитного резонанса
- •3.1. Основы метода
- •3.2. Области применения ЯМР-спектроскопии в макромолекулярной химии
- •3.3. Примеры применения метода ЯМР
- •Определение структуры вещества
- •Определение молекулярной массы полимера
- •Изучение процессов комплексообразования
- •О возможности определения стереорегулярности полимеров
- •Определение состава сополимера
- •Корреляция химических сдвигов винильных соединений с их параметрами и индексами реакционной способности
- •3.4. Заключение
- •Глава 4. Рентгеновская спектроскопия
- •4.1. Общие положения
- •4.2. Примеры применения рентгеноструктурного анализа
- •4.3. Определение степени кристалличности полимеров
- •4.4. Заключение
- •Глава 5. Полярографический метод в химии полимеров
- •5.1. Общие положения
- •5.2. Области применения полярографии в химии полимеров
- •5.3. Качественная идентификация полимеров
- •5.4. Контроль синтеза макромолекул
- •5.7. Заключение
- •Глава 6. Спектроскопия электронного парамагнитного резонанса
- •6.1. Краткие основы метода
- •6.3. Исследование структуры радикалов и молекулярных движений
- •6.4. Исследование химических процессов в полимерах
- •3.5. Заключение
- •Глава 7. Флуоресценция полимеров
- •7.1. Суть метода
- •7.2. Области применения флуоресценции
- •7.3. Флуоресценция полимеров
- •7.4. Различение полимеров и добавок
- •7.5. Определение молекулярной массы
- •7.6. Заключение
- •Глава 8. Масс-спектрометрия полимеров
- •8.1. Общие положения
- •8.3. Масс-спектры карбазолов
- •8.4. Заключение
- •Глава 9. Диэлектрические методы исследования строения полимеров
- •9.1. Термины и их определение
- •9.2. Зависимость диэлектрических свойств от строения полимерных материалов
- •9.3. Диэлектрические свойства поливинилкарбазолов
- •9.4. Электрофотографический метод
- •9.5. Фоточувствительные свойства поливинилкарбазола
- •9.6. Заключение
- •Глава 10. Хроматографические методы в химии полимеров
- •10.1. Общие положения
- •10.2. Гель-проникающая хроматография.
- •10.3. Тонкослойная хроматография полимеров
- •10.4. Пиролитическая газовая хроматография
- •10.5. Заключение
- •Глава 11. Определение некоторых параметров полимеризации
- •11.1. Методы определения скорости полимеризации
- •11.2. Расчет состава сополимеров
- •11.3. Заключение
- •Глава 12. Методы термического анализа полимерных материалов
- •12.1. Термогравиметрический метод
- •12.3. Заключение
- •Глава 13. Методы определения физических состояний полимеров
- •13.1. Термомеханический метод
- •13.2. Частотно-температурный метод определения физических состояний аморфных линейных полимеров
- •13.4. Заключение
- •Глава 14. Методы измерения внутреннего трения
- •14.1. Способы измерения внутреннего трения
- •14.2. Терморелаксационные кривые полимеров
- •14.3. Заключение
- •Глава 15. Методы измерения акустических характеристик полимеров
- •15.1. Методы измерения акустических характеристик
- •15.2. Области применения
- •15.3. Заключение
- •Глава 16. Методы определения вязкости расплавов и растворов полимеров
- •16.1. Капиллярная вискозиметрия
- •16.2. Ротационная вискозиметрия
- •16.3. Измерения вязкости разбавленных растворов полимеров
- •16.4. Заключение
- •Глава 17. Методы определения молекулярной массы и молекулярно-массового распределения полимеров
- •17.1. Методы определения молекулярных масс полимеров
- •17.2. Определение молекулярной массы по концевым группам
- •17.3. Методы определения молекулярно-массового распределения полимеров
- •17.4.Области применения ММР в исследовательской практике
- •17.5. Влияние конверсии мономера на ММР
- •17.6. Температура полимеризации и ее связь с молекулярной массой.
- •17.7. Вязкость расплавов полимеров
- •17.8. Заключение
- •Глава 18. Механические свойства полимерных материалов и методы их определения
- •18.1. Области применения механических свойств
- •18.2. Методы определения важнейших механических показателей полимерных материалов
- •18.3. Заключение
- •Список литературы
Федеральное агентство по образованию
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования
«ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»
В.М. Сутягин, А.А. Ляпков
Физико-химические методы исследования полимеров
Учебное пособие
Издательство Томского политехнического университета
2008
1
УДК [66.01:678.5].6
C 90
Сутягин В. М.
C 90 Физико-химические методы исследования полимеров: учебное пособие / В. М. Сутягин, А. А. Ляпков. – Томск: Издательство Томского политехнического университета, 2008. – 130 с.
Кратко |
рассматриваются |
физико-химические |
методы |
исследования |
полимеризации, структуры, фундаментальных |
и |
технологических свойств полимеров и их растворов. Приводятся сведения об используемой аппаратуре и возможностях применения
каждого метода. |
|
|
|
|
Пособие предназначено |
для бакалавров направления240100 |
|||
«Химическая |
технология |
и |
биотехнология» |
студентов |
специальности |
240501 – «Химическая |
технология |
высокомо- |
лекулярных соединений». Кроме того, оно может быть полезно магистрам и аспирантам, также инженерно-техническим работникам отраслей промышленности, связанных с производством и переработкой полимерных материалов.
УДК [66.01:678.5].6
Рекомендовано к печати Редакционно-издательским советом Томского политехнического университета
Рецензенты
Доктор хим. наук, профессор Томского государственного университета
А. Г. Филимошкин
Канд. хим. наук, директор ЗАО «Пластполимер-Томск»
В. И. Берзин
ÓВ. М. Сутягин, А. А. Ляпков, 2008
ÓТомский политехнический университет, 2008
ÓОформление. Издательство Томского политехнического университета, 2008
2
Оглавление |
|
Оглавление...................................................................................................................... |
3 |
Предисловие.................................................................................................................... |
6 |
Глава 1. Ультрафиолетовая спектроскопия ................................................................... |
7 |
1.1. Общие положения ................................................................................................ |
7 |
1.2. Примеры применения УФ-спектроскопии в исследованиях |
|
макромолекулярной химии ........................................................................................ |
9 |
1.3. Изучение кинетики химической реакции.......................................................... |
15 |
1.4. Заключение......................................................................................................... |
16 |
Глава 2. Инфракрасная спектроскопия полимеров ..................................................... |
17 |
2.1. Идентификация полимерных материалов......................................................... |
17 |
2.2. Определение микроструктуры полимеров........................................................ |
20 |
2.3. Изучение кинетики полимеризации .................................................................. |
21 |
2.4. Определение и изучение межмолекулярных и внутримолекулярных |
|
водородных связей.................................................................................................... |
25 |
2.5. Определение степени кристалличности полимеров ......................................... |
25 |
2.6. Связь энергий активации радикальной полимеризации алкенов с |
|
поглощением винильной связи в их ИК-спектрах................................................... |
26 |
2.7. Заключение......................................................................................................... |
27 |
Глава 3. Метод ядерного магнитного резонанса ......................................................... |
28 |
3.1. Основы метода ................................................................................................... |
28 |
3.2. Области применения ЯМР-спектроскопии в макромолекулярной химии....... |
30 |
3.3. Примеры применения метода ЯМР ................................................................... |
30 |
3.4. Заключение......................................................................................................... |
39 |
Глава 4. Рентгеновская спектроскопия ........................................................................ |
40 |
4.1. Общие положения .............................................................................................. |
41 |
4.2. Примеры применения рентгеноструктурного анализа ..................................... |
43 |
4.3. Определение степени кристалличности полимеров ......................................... |
44 |
4.4. Заключение......................................................................................................... |
46 |
Глава 5. Полярографический метод в химии полимеров ............................................ |
47 |
5.1. Общие положения.............................................................................................. |
47 |
5.2. Области применения полярографии в химии полимеров................................. |
48 |
5.3. Качественная идентификация полимеров ......................................................... |
48 |
5.4. Контроль синтеза макромолекул ....................................................................... |
48 |
5.5. Связь параметров реакционной способности винильных соединений в |
|
радикальной полимеризации с их величинами Е1\2 в полярографии ...................... |
49 |
5.7. Заключение......................................................................................................... |
52 |
Глава 6. Спектроскопия электронного парамагнитного резонанса ............................ |
53 |
6.1. Краткие основы метода...................................................................................... |
53 |
6.2. Области применения ЭПР-спектроскопии в макромолекулярной химии ....... |
54 |
6.3. Исследование структуры радикалов и молекулярных движений .................... |
55 |
6.4. Исследование химических процессов в полимерах.......................................... |
56 |
3.5. Заключение......................................................................................................... |
57 |
Глава 7. Флуоресценция полимеров ............................................................................ |
58 |
7.1. Суть метода ........................................................................................................ |
58 |
7.2. Области применения флуоресценции ............................................................... |
59 |
7.3. Флуоресценция полимеров ................................................................................ |
59 |
3
7.4. Различение полимеров и добавок...................................................................... |
61 |
7.5. Определение молекулярной массы ................................................................... |
61 |
7.6. Заключение......................................................................................................... |
62 |
Глава 8. Масс-спектрометрия полимеров .................................................................... |
63 |
8.1. Общие положения .............................................................................................. |
63 |
8.2. Использование масс-спектрометрии для решения структурных задач |
|
макромолекулярной химии ...................................................................................... |
64 |
8.3. Масс-спектры карбазолов .................................................................................. |
65 |
8.4. Заключение......................................................................................................... |
66 |
Глава 9. Диэлектрические методы исследования строения полимеров ..................... |
67 |
9.1. Термины и их определение................................................................................ |
67 |
9.2. Зависимость диэлектрических свойств от строения полимерных |
|
материалов ................................................................................................................ |
68 |
9.3. Диэлектрические свойства поливинилкарбазолов............................................ |
69 |
9.3. Применение метода измерения диэлектрических потерь для изучения |
|
полимеризации.......................................................................................................... |
71 |
9.4. Электрофотографический метод ....................................................................... |
71 |
9.5. Фоточувствительные свойства поливинилкарбазола ....................................... |
73 |
9.6. Заключение......................................................................................................... |
75 |
Глава 10. Хроматографические методы в химии полимеров...................................... |
76 |
10.1. Общие положения ............................................................................................ |
76 |
10.2. Гель-проникающая хроматография................................................................. |
76 |
10.3. Тонкослойная хроматография полимеров....................................................... |
79 |
10.4. Пиролитическая газовая хроматография......................................................... |
81 |
10.5. Заключение....................................................................................................... |
82 |
Глава 11. Определение некоторых параметров полимеризации................................. |
83 |
11.1. Методы определения скорости полимеризации ............................................. |
83 |
11.2. Расчет состава сополимеров ............................................................................ |
88 |
11.3. Заключение....................................................................................................... |
89 |
Глава 12. Методы термического анализа полимерных материалов ........................... |
90 |
12.1. Термогравиметический метод ......................................................................... |
90 |
12.2.Методы дифференциального термического анализа (ДТА)............................ |
91 |
12.3. Заключение....................................................................................................... |
93 |
Глава 13. Методы определения физических состояний полимеров ........................... |
94 |
13.1. Термомеханический метод .............................................................................. |
94 |
13.2. Частотно-температурный метод определения физических состояний |
|
аморфных линейных полимеров .............................................................................. |
97 |
13.3. Другие методы определения физических состояний полимеров ................... |
99 |
13.4. Заключение..................................................................................................... |
100 |
Глава 14. Методы измерения внутреннего трения .................................................... |
101 |
14.1. Способы измерения внутреннего трения ...................................................... |
101 |
14.2. Терморелаксационные кривые полимеров.................................................... |
102 |
14.3. Заключение..................................................................................................... |
103 |
Глава 15. Методы измерения акустических характеристик полимеров ................... |
104 |
15.1. Методы измерения акустических характеристик ......................................... |
104 |
15.2. Области применения ...................................................................................... |
107 |
15.3. Заключение..................................................................................................... |
107 |
Глава 16. Методы определения вязкости расплавов и растворов полимеров .......... |
108 |
4
16.1. Капиллярная вискозиметрия.......................................................................... |
108 |
16.2. Ротационная вискозиметрия .......................................................................... |
109 |
16.3. Измерения вязкости разбавленных растворов полимеров ........................... |
111 |
16.4. Заключение..................................................................................................... |
112 |
Глава 17. Методы определения молекулярной массы и молекулярно-массового |
|
распределения полимеров .......................................................................................... |
113 |
17.1. Методы определения молекулярных масс полимеров ................................. |
113 |
17.2. Определение молекулярной массы по концевым группам........................... |
114 |
17.3. Методы определения молекулярно-массового распределения полимеров . 114 |
|
17.4.Области применения ММР в исследовательской практике .......................... |
116 |
17.5. Влияние конверсии мономера на ММР......................................................... |
116 |
17.6. Температура полимеризации и ее связь с молекулярной массой................. |
117 |
17.7. Вязкость расплавов полимеров...................................................................... |
118 |
17.8. Заключение..................................................................................................... |
119 |
Глава 18. Механические свойства полимерных материалов и методы |
|
их определения ........................................................................................................... |
120 |
18.1. Области применения механических свойств ................................................ |
120 |
18.2. Методы определения важнейших механических показателей полимерных |
|
материалов .............................................................................................................. |
120 |
18.3. Заключение..................................................................................................... |
125 |
Список литературы ................................................................................................. |
127 |
5
Предисловие
В настоящее время ни одно исследование в области химии и физики полимеров не обходится без использования физико-химических методов. Они позволяют выполнять широкую программу исследований химических и физических процессов в полимерах. С их помощью получают важную информацию о кинетике полимеризации и других
реакций, о |
молекулярной и |
надмолекулярной |
структурах полимеров, |
||||
о физических |
состояниях полимеров и их поведении в различных |
||||||
силовых полях (электрическом, механическом, тепловом и т. д.). |
|
||||||
Знание |
этих |
физико-химических |
методов |
должно |
оказать |
||
существенную помощь бакалаврам направления240100 «Химическая |
|
||||||
технология |
и |
биотехнология» |
и студентам специальности240501 – |
|
|||
«Химическая |
технология |
высокомолекулярных |
соединений» при |
|
выполнении ВКР как в области синтеза полимеров, так и в области исследования их структуры и свойств в широком диапазоне воздействия на них различных полей.
Предлагаемое учебное пособие имеет целью в краткой форме ознакомить читателя с наиболее доступными и эффективными физикохимическими методами исследования полимеров. В этом пособии нет исчерпывающих методик и описаний конструкций приборов, которые
позволяют |
определить |
соответствующие |
параметры |
полимери- |
зационных |
процессов и |
свойств полимеров, наибольшее внимание |
уделено возможностям физико-химических методов и областям их практического применения с конкретными примерами.
|
Хотя настоящая книга как учебное пособие предназначено для |
||||||
бакалавров |
направления 240100 |
«Химическая |
|
технология |
и |
||
биотехнология» и студентов специальности240501 – |
«Химическая |
|
|||||
технология высокомолекулярных соединений» она может быть полезна |
|
||||||
и |
более |
широкому |
кругу |
читателей, связанных |
с |
синтезом |
и |
переработкой |
полимеров (магистрам, аспирантам, |
|
научным |
и |
|||
инженерно-техническим работникам). |
|
|
|
||||
|
Авторы будут благодарны за все отзывы и пожелания читателей. |
|
Владимир Михайлович Сутягин Алексей Алексеевич Ляпков
6