主题:【分享】一种改进的溶胀度测定仪

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  溶胀性能是高分子凝胶和高分子膜的一种基本性能。测定这些材料在有关溶剂中的溶胀度有称重法和体积测量法,前者费时且不准确,后者有赖于凝胶在溶胀前后保持较规整的形状,很难用于膜溶胀度的测定,本文介绍一种改进型溶胀度测定仪。
1 测定原理
    凝胶、膜等高分子材料的溶胀度可表示为               
  125(1)

式中m是样品溶胀后的质量,m0是未溶胀样品的质量。如果凝胶(或膜等)吸收液体的质量为q,则

                               
  89(2)
  66(3)

v是被吸收液体的体积,r是液体密度

               
  96(4)

其中 78                                   (5)
K
为仪器常数,通过标定得到,26为某时刻溶胀所造成的液面降低高度。
    凝胶(或膜)的溶胀是一个随时间变化的过程。溶胀度随时间的变化具有类似酶促反应的特征,因此可将溶胀度(a)与时间(t)通过下式关联起来。

               
  69(6)

6式整理变为倒数形式:

               
  135(7)

1/a1/t作图得一直线,截距为样品的最大溶胀度(amax)的倒数,斜率为溶胀速率常数(k)与最大溶胀度(amax)之比。

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2 实验装置
改进型溶胀度测定仪如图
1所示。
3 操作步骤及数据处理
3.1 将一定量的待测样品置于多孔吊篮
4中。                                    
   

1 仪器装置示意图

1    空心磨口塞 2    塞孔和磨口孔 3    空心挂钩 4    玻璃多孔吊篮 5    贮水槽 6,7,8,9 二通活塞
   
10 三通活塞 11 内径 0.5~0.7cm 的刻度管 11' 内径 0.1~0.3cm 的刻度管 12 打气球

        如果样品是溶胀度较大的凝胶材料,须将活塞6打开,活塞7关闭;如果样品是溶胀度较小的膜材料则须将活塞6关闭,7打开。打开活塞10使之与大气相通,然后由贮液槽5向体系中加入水(或其它液体)使液面略低于刻度管上面的刻度,然后关闭活塞8。盖上塞子1,使塞子孔和磨口孔重合,并记下刻度管起始液面位置h0,旋转活塞10,使仪器与大气隔绝而与气球连通。用打气球12打气将管6或管7中的液体压入上部球中,并将样品完全浸泡,注意液体液面不可高于空心挂钩孔,以免形成液封。然后旋转活塞10,使仪器与大气完全隔绝,并开始记时。溶胀一段时间后旋转活塞10使仪器重新与大气接通,样品保持在球中的吊篮中,液面回落,并与样品分离,待两管液面重新持平后,记下液面位置h。重复上述溶胀操作,直到刻度管液面不再改变为止。实验中液体不够时,可通过贮液槽5补充之。测定完毕可通过活塞9将液体放掉。

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3.2 数据处理
    数据处理前应首先标定仪器常数K。当刻度管液面处于某较低位置时,通过口1定量加入一定体积v的液体,测定液面上升的高度26然后确定仪器常数72。计算溶胀度a并作a~t图,求出最大溶胀度amax,以1/a1/t作图求直线斜率,溶胀常数k = 斜率.amax
4 仪器特点
    与文献[1]介绍的多加德金溶胀测定仪相比较,本仪器具有以下特点:
    (1) 该溶胀仪对凝胶,膜材料等均可测试,测试范围广,测试精度高。
    (2) 根据需要可随时补加溶剂,操作方便。
    (3) 仪器结构简单,造价低廉,便于推广。
5 应用举例
    用图示装置分别测定了壳聚糖(CS), 壳聚糖包埋聚甲基丙烯酸凝胶(CS-PMAA1),壳聚糖-聚甲基丙烯酸互贯网络凝胶(CS-PMAA2)以及壳聚糖包埋聚(N-异丙基丙烯酰胺)凝胶(CS-PNIPAM)的溶胀动力学,并计算了各凝胶溶胀速率常数k。各凝胶溶胀动力学过程示于图2,溶胀速率常数求算参见图3                       
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  图2    壳聚糖类凝胶溶胀动力学          3    溶胀度倒数对时间倒数

        由图2可以看出,壳聚糖单独成胶时,最大溶胀度显著大于包埋有其它高分子的壳聚糖凝胶,同样也显著大于其与甲基丙烯酸形成的互贯网络凝胶。对CS-PMAA1CS-PMAA2而言,尽管它们的组成一样,但由于在后一种凝胶中PMAA也以交联形式存在,而且与CS网络互贯,因此最大溶胀度自然小于前者。
    就溶胀速率而言,情况比较复杂。根据方程(7)由图3可以求得各凝胶的溶胀速率常数,对CSCS-PMAA1CS-PMAA2CS-PNIPAM,溶胀速率常数分别为13.1,20.1,9.1,5.0.

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