ポリマーには、他の多くの物質とは異なり、分子量の異なるさまざまな鎖が含まれています。したがって、ポリマーの正確な分子量を計算することはできません。代わりに、ポリマーの平均分子量を計算します。ポリマーの特性はそれに依存するため、ポリマーの平均分子量を決定することは非常に重要です。たとえば、平均分子量が大きいポリマーは、平均分子量が小さいポリマーとはまったく異なる挙動を示します。ポリマーの平均分子量を計算するには、粘度測定、浸透圧測定、サイズ排除クロマトグラフィー、超遠心分離、光散乱、末端基分析、比濁滴定など、さまざまな方法があります。
この記事では、
1.ポリマーの分子量の計算方法
– 数平均分子量
– 重量平均分子量
2.粘度測定とは
3.超遠心法とは
ポリマーの分子量の計算方法
分子量分布がわかっている場合、ポリマーの平均分子量を計算するには 2 つの一般的な方法があります。
数平均分子量
最初の方法は、数平均分子量 ( Ḿ n ) 、式によって求められます;
Ḿ n = Σ xi Mi
Mi サイズ範囲の平均分子です i、および xi 指定された範囲内のチェーンの総数の割合です。
重量平均分子量
2 つ目の方法は、重量平均分子量 (Ḿw ) 、方程式によって見つけられます;
Ḿ w = Σ wi Mi
Mi サイズ範囲の平均分子です i、wi 指定された範囲内の分子の重量分率です。
粘度測定とは
ポリマーの平均分子量を決定するために使用される最も一般的な手法は、ウベローデ粘度計を使用する粘度計です。この方法では、ポリマーは液体である必要があります。そうでない場合は、既知の濃度の溶媒を使用して溶解する必要があります。 Mark-Houwink 式によると、粘度 ( η )
[ η ] =K M ………………1
K と a は、溶媒、ポリマーの種類、および温度に依存する既知の定数です。
[η] の値は、(η- η0 )/ η0 c) c の関数として、ここで c はポリマー溶液の濃度です。粘度計を使用して η を決定するには、まず、ポリマーの一連の溶液を作成する必要があります。次に、各溶液の流出時間を決定する必要があります (t)。ハギンズの方程式によると、
(t – t0 ) / t0 c =( η – η o)/ η 0 c ……………2
t0 ポリマーを含まない純粋な溶媒の流出時間です。上記の 1 と 2 の式を使用して、ポリマーの平均粘度を決定できます。
ウベローデ粘度計
超遠心法とは
この方法では、ポリマーの平均分子量は沈降速度を測定することによって決定されます。通常、粒子の沈降速度は非常に遅いです。プロセスを加速するために、超遠心機を使用できます。ポリマーの平均分子量は、次の式で求めることができます。
M=S R T / (1- ρν ) D
M はサンプルの分子量、R は普遍気体定数、T は温度、 ρ は溶液の密度、 ν は溶質の比容積、S は沈降定数、D は拡散係数です。
S は、以下の式を使用して最初に決定する必要があります。
S=s / r ω
s は速度、r は半径、 ω は角速度です。
これらの主要な技術に加えて、クロマトグラフィー、浸透圧測定、光散乱、末端基分析、比濁滴定法もポリマーの分子量を決定するために適用されます。ただし、最も一般的に使用され、最も単純な手法は粘度測定です。
参考文献
Stuart, B. H. (2008).ポリマー分析 （第30巻）。ジョン・ワイリー＆サンズ。
