用门尼粘度仪测试天然橡胶的相对分子质量

用门尼粘度仪测试天然橡胶的相对分子质量
    相对分子质量是天然橡胶的生产部门和研究、使用部门都非常关心的重要参数。已经有很多有效的方法和精密仪器来测试高分子材料的相 对分子质量[1],这些方法在测试相对分子质量前都要用溶剂把待测材料溶解并过滤掉非溶解物和杂质。Mark-Houwink方程󰀁=kMa 很好地描述了高分子溶液的粘度与相对分子质量的关系,并在相对分子质量测试中广泛应用,如果该方程也同样可以描述固体高分子材料的粘度与相对分子质量的关系,就可以直接用固体高分子材料的粘度来表征相对分子质量,从而建立一种方便的相对分子质量测试方法。
    大多数天然橡胶生产农场和橡胶制品厂都不具备有精密的仪器来测试天然橡胶相对分子质量的条件,使用门尼粘度仪测试的门尼粘度ML（1+4）100󰀁值是控制天然橡胶加工质量的一个标准,是相对分子质量大小的定性概念。门尼粘度与天然橡胶相对分子质量的定性关系是*的,如果能够确定它们之间的定量关系,就可以用zui常用的门尼粘度仪直接从橡胶干胶的门尼粘度来计算出天然橡胶的相对分子质量,这对于天然橡胶生产农场和橡胶制品厂来说,相对分子质量的测试就是一件很方便很容易的工作了。
    本文叙述了用门尼粘度仪测试的天然橡胶的门尼粘度与用凝胶渗透色谱仪测试的天然橡胶相对分子质量之间的定量关系。

1实验部分
原材料:国产天然5#标准橡胶。
样品制备与测试:天然橡胶在炼胶机辊距1mm、温度40󰀁条件下分别过5,10,15,20和25次。
用门尼粘度仪ZWM-III按GB/T1232.1-2000测试胶料的门尼粘度。
用凝胶渗透色谱仪（Agilent100,AgilentTechnologies,Inc.,U.S.A.）测定胶料的相对分子质量。

2结果与讨论
2.1󰀁门尼粘度与过辊次数的关系
图1表明,随过辊次数增加,门尼粘度值ML（1+4）100󰀁降低。门尼粘度值降低表明随过辊次数增加,在机械剪切力和空气的氧化作用下,天然橡胶的相对分子质量降低。
2.2󰀁
相对分子质量与过辊次数的关系
图2表明,随过辊次数增加,凝胶渗透色谱仪测试的数均相对分子质量和重均相对分子质量都降低。由图

1和图2的结果可以认为,门尼粘度的大小与天然橡胶相对分子质量有直接的关系。

2.3󰀁门尼粘度与相对分子质量的关系
Mark-Houwink方程󰀁=kMa很好地描述了高分子材料的溶液粘度与相对分子质量之间的关系,因而在相对分子质量的测试中得到广泛应用。将门尼粘度值ML（1+4100
󰀁作为天然橡胶的粘度,按方程󰀁=kMa,以lnML（1+4）100对lnM作图,见图3。可看出,天然橡胶的门尼粘度与相对分子质量有较好的相关性。图中,天然橡胶的门尼粘度与数均相对分子质量的关系为:lnML（1+4）100=-15.0413+1.5494ln
    门尼粘度与重均相对分子质量的关系为:lnML（1+4）100=-6.1050+0.7404lnMw

2.4󰀁测试误差
用门尼粘度仪测试未过辊天然橡胶的门尼粘度值ML（1+4）100为84.51,凝胶渗透色谱仪测试的数均相对分子质量和重均相对分子质量分别为324700和1563600。用式（1）和式（2）计算出来的数均相对分子质量和重均相对分子质量分别为288200和
1525900,与凝胶渗透色谱仪测试的相对分子质量的相对误差分别为11.3%和2.4%
。重均相对分子质量的相对误差比数均相对分子质量的相对误差小,这与式（1）和式（2）的相关系数的差别是一致的.

3󰀁结论
以上结果表明,天然橡胶的门尼粘度与凝胶渗透色谱仪测试的相对分子质量之间有较好的相关性,可以用Mark-Houwink方程󰀁=kMa 来描述。确定Mark-Houwink
方程的常数k和a值后可以用门尼粘度值ML（1+4）100来计算天然橡胶的相对分子质量。本实验范围内,用门尼粘度值计算的数均相对分子质量和重均相对分子质量
与凝胶渗透色谱仪测试的相对分子质量的相对误差分别为11.3%和2.4%.