【doc】聚苯乙烯—苯乙烯体系的物性研究

聚苯乙烯—苯乙烯体系的物性研究

石油化工i990年第19卷

聚苯乙烯一苯乙烯体系的物性研究 史子瑾童克锦石正金

(浙江大学化工系,:------------------~$L0027)

通过对荤乙烯—聚萃乙璐体系的折射率,密度,流变特性的研究,表鹕体系的折射率与{挺度,

蛊度在所研究的实验花围内具有良好的线性关系.密度可用LorenL0renz方程式佶算.体系的

巍奎行为接近于牛顿流体,建立了聚革乙烯体系的粘度,浓度,寨台物舟子量之间时关联式.研 究所得碧果可 一 ,前言

通过对苯乙烯(S)一聚苯乙烯(Ps)体系 的折射率,密度,粘度,流变特性等物性数据 随温度,浓度的变化规律的研究,试图寻找一 种能在聚合过程中快速确定转化率,分子量的 方法,为苯乙烯率体聚合的在线控制提供基础 数据. 二,实验部分

折射率的{l鲴定以PS和S配成一定浓度的 Ps瞎液,然后在折射仪中测定其折射率.溶 液浓度为0.05—0.3竟PS/克溶蔽,测定温度 298—363K. 密度比重瓶法测定.

溶j戎流变特性在NXS-I型旋转粘度计中

测定.

溶液的零剪切枯度用落球粘度计测定. 聚台物分子量用粘度法测定,甲苯为溶 剂,恻定温度为303K. 三,结果与讨论 1.折射率与浓度的关|l'

袁1列出不同浓度,温度下铡得的折射率, 将表1数据进行线性回归可得 蚪D=(1.5580—0-476×1O'')+ (O.05132+0.1783×10一'r)c(1)

当测得某一温度丁下的¨.值,即可刺用上式算 得PS-s溶液的浓度c.

为了校验式(1)的可靠性,用粘均分子 量为1.910×10的PS配成一定浓度的s溶 液,然后测定不同温度下的折射率,数据代入 式(1),可求得不同温度下的溶液浓度. 表2列出了计算浓度cc与配制浓度c的比 较,可以看出除个别数据外,其相对偏差小于 2%.

裘1不屙激度,温度下的折射籼D <露一1.B×10) 激度(克阿

克溶液)O0.048O.1O3O.1990.2{ 298K1.54421.54g41.54901.554B1.5575 313K1.53521.53B0I.5416I.5d65I.550@ 333K1.52441.52771.53091.63741.5lO0 348K1.51651.51991.52211.528B1.5320 363KI.507II.5100I.5l361.52101.5248 2.密度,浓度,折射牢问的关系

聚合物的密度在工程放大与设计上是一重 要的物性参数.有关PS-S体系的密度计算已 有文献报道\"一,~Hamielec等提出的计算 式:

第2期亘垡王

袭2配制被度与计算敞度的地较 (克P-J/

克溶液)Cc,∞?ACCc,$J3ACCc棚?△cCc¨I8△cCc,|啊△C' 0.1000.098—20.099一l0.10440.098—20.095—5 0.15J0.15100.149一】0.I531.30.1500.B0.I510 O.2∞O.19B—1O.200OO.2910.59.195一2.50,200O 0.2490.2510.80.2500.40.24900.247—0.80.243一2 0.2590.30420.296一l0.309O.30.291—30.2g—2 dc;等兰×100 表3P,Pp的计算结果

舶来源{P=~=sa~10-5lP~,29*Xl0-= P—pI+(Pp—P)C(2) p一924—0.918(一273.15) P,一1084.8—0.605(一273.15)

式中P,pm,Pp分别为溶液,苯乙烯,聚苯乙 烯的密度,为铡定温度K. Wallis等提出的计算式: P=looo{co.845—0.001(T一3s3)] +[0.2+0.001(T一353)]C}(3) KunioArai等提出的计算式:

=1.239416×10一T一8.780667×1O +0.9238228(4)

按上述各式计算所得P,pm均有一定差异,为

此对Ps-s~系的密度进行实验测定,并将实 验数据回归可得

p=923.7+141.5C一0.864(T一273) +0.262C(T一273)(5)

表3为按式(2)一'5)计算及P-曲结果, 可以看出式(5)计算所得的结果与文献报道 值更为接近

溶液折射率与密度可用Lorentz-Lorenz 方程式加以关联.其形式为 (籍)/一一R一

式中w沩组份的重量分率JRi为组份i的 增比折射率,其值为: (爵)/

式中啦,Pi分别为组份的折射率及密度.对于 Ps-s4~系来说,可通过式(1)及式(5)分 别求得蚪,蚪…Pp,进而可求得R-及见.表 4为按式(6)计算的Ps_s体系的密度pc与实铡 密度p的比较.可以看出二者十分接近.由此 可见只要测得涪液的折射率即可同时求得涪液 的浓度及密度.

表4实测与计算密度同的地较 o.o400.90980.9084O.8881D.蚰 O.1.o0.95170.91590.894I0.8952 O.1810.92410.92a3O.9o290.9o抽 0.20o0.98180.93020.9Il40.01O0 0.2490.9驰40.g3750.9173 5.PS—S体系的漉变特性

流变特性是聚合物溶液重要的物理性质, 对聚台反应嚣的传热,混合等有重大的影响.

PS-S体系典型的流变曲线如图1所示.由图可 以看出在实验测定的范围内,Ps—s体系的流 变特性十分接近于牛顿流体,这与Ce~usescu 等所得的结论是一致的. 若按幂律模型 r=Kp.(7)

对测定数据进行处理,结果列于表5. 由表5可见,流动行为指数口大多大于0.95,

石'油化工!!釜蔓!鲞 暑 毫 于fs.

图tPS-S体系流变曲线 表5PS-S~系曲口值 表6牯鏖‰(IOpa?s) (暂=1.834×10) 泼(克

克溶液)O.Od8O.1O3O.152口.27一 29Ⅸ6.6O30?8810a.90253.73718.98 323K4.8920.8466.28I62.250595 348K3.70'1.9d5.6798.542dO.82

接近于1,放在预聚阶段把PS-S体系当作牛 顿流体处理在工程上不致引起太大的误差. 4.PS;体系的牯虞,藩度,分子置之间 的关系

表6及表z列出了P,S-S体系不同浓度. 温度,分子量时的零剪切粘度‰值. 表7聚台蛳分子量对粘度的影响 (c;O.20,T=298K)

jxlo一$1.9101.834Ii.6931.629 1lax1Oq

(Pa?306.56253.l189.16171.e8 将袭中数据数进行数学可得z ‰一8.435×lO-Z.M? ex (— 94

_6+厂5245C)(7)

由式(7)可以看出,测定了聚合物浓度 C及溶液的粘度就可方便地预计聚合物的粘 均分子量聚合物溶液的浓度c通常可用 折射率法快速地进行测定\而体系的粘度o 也能方便地进行测定,因此用物性关联方法来 测定聚合物的平均分子量是比较简便的.为了 验证关联式(7)的可靠性,配制了不同分子 量,浓度的试样,浏定仉,通过式(7)计算 得到分子量的计算值,并与实验值*进 行出较,结果耍巧表8所示.

从表8可以看出,分子量的计算值与实验 值相对误差较小,一般均在1以内.前已指 出,PS—S体系可作为牛顿流体处理,这样用 其它类型粘度计测得的桔度也能近似地作为 零剪切粘度,所以使在线快速测定体系粘度 进而估算聚合物的平.均分子量成为可能. 裘8分子量计算值与实验直L经 .室l浓度t点P0(10q&1,rtfl-埘d() (H)克溶液)pa?吕1(×10)(×10) 298口.10O3I.99I.8901.91O——1.0

2980.15】109.21.9111.910+0..6 2980.2000O6.551.8901.910—1.0 298O.2498d5.811.8901.910——1.0 323O.10021.d5I.8761.91一.8 3230.151B9.61.9081.910—0.1 3230.200l83.261.8961.910—0.7 3230.蜘94'/D.381.8891.91O—1.1 348O.1O口15.341.879I.910——1.6 348O.15147.941.918I.910+0.I 3柏0.20O121.471.9121.910十0.1 3蛐O.249296.S51.9111.9]0牛0.O6 2舳O.I996189.101.6Sl1.693一I.9 .!当x枷 m 四,结论

在实验研究范围内,对PS-S体系的物理

第2期油化工 性质可得如下结论.

1.折射率与浓度,温度的关系式为

井D=(1.5580—0.478×10一')十(O.05132+ 0.1783)C

2.密度与浓度,温度的关系为 p;923.7+141.5C—O.864(Z'一 一

273)+0.262C(,'一273)

体系密度也可用Lorentz—Lorenz方程来预计. 当测得体系的折射率后,部可同时求得溶液浓 度及密度.

3.流变特性接近于牛顿流体,其流动行 为指数8大于0.95.

4.粘度,平均分子量与浓度有如下关联 式

=8.435×10一'MC.exp ,946+5245C一——～

致谢本工作得到国家自然科学基金资 助,在此致谢. 符号说明

PS—s溶灌澈度,克Ps/克涪掖 稠度系数,kg/m 埘 r l旷 Ⅱ P r 下角标 C ● t m P

粘均分子量 PS-S溶液折射率 增比折射率 温度,K 重量分率 平均剪切速率,

零剪切粘度,Pa?3 密度,kg/m' 剪切应力,N/ms 计算值 第i个组份 苯乙烯 聚苯乙烯 参考立棘 1i

[1]HUI,A.W.jHam~c,A?E..-Applied Po,乳i-.16.7.g(1979)-

(2)Wallls.J-P.A-,etal?.,c/r121.991 (1979).

[5)Arai,K.,etal-.J-Ck~,n—E-』4p口r19[5] 418(1980).

C4)c性un,E..et-1.,M一?P甜'.,1g.5 (198I).

[5)史子瑾,童克锦,化工,['],395(198∞. (车稿于1.Ie年1月l7日收髯. StudyOnPropertiesofPS/SSystem ShiZijin,TongKejinandSkiZhengjin

(J~paxtmeatofChemicalErAglrAeering.Zhejia~gUniversity) Ahstract

Inthispaperretractiveindex(),density(p)andrheologiealcharacteristicsof polystyrene—stycenesystemarestudied.Theresultsshowthatrefractiveindex() isproportionaltoconcentration(C)andtemperature(T).nisalsofoundthatthe density∞bewellpredictedbyLorentz-LorenzequaLionandtherheologiealbe— harlotis~imilartoNewtonianfluidAnempiricalequat{ondeseribingtherela- tionshlpbetweenviscosity(W.),concentration(C)anda~erageviscositymolecular

weight(埘.)isobtainedasfollows: ,I=8.435x10一3?nexpf946+5245C

Theseresultsmighthavepotentialapplicationsinon-Iinecontrolofbulk poJymerizationofstyrene.