聚合物的定性鉴定

聚合物的定性鉴定海洋与生化工程学院应用化学专业姓名：彭福气座号：47指导老师：林爱琴课程高分子材料试验实训（实验）项目聚合物的定性鉴定时间2015年10月15日下午第5节至第8节实训（实验）地点S411一、实验目的1.了解聚合物燃烧实验和气味的特殊现象，借以初步辨认各种聚合物。2.掌握钠熔法进行简易的元素定性分析鉴别聚合物的方法。3.利用聚合物溶解的规律及溶剂选择的原则，了解并掌握溶解度法对常见聚合物的定性分析。二、基本原理聚合物的鉴别，特别对未知聚合物试样的鉴别颇为复杂。聚合物往往需要纯化，即使经纯化的聚合物也往往不能用单一的方法进行鉴别。对于常见的聚合物通常使用红外、质谱、X射线衍射、气相色谱等仪器可以不同程度的进行定性和定量分析，但仪器比较昂贵，且仪器分析法也不是万能的，而对少量的、组成复杂的聚合物样品，这些仪器分析方法往往具有许多局限性，不用化学方法加以验证常常会得出错误的结论。基于聚合物的特性简单地通过外观、在水中的浮沉、燃烧、溶解性和元素分析的方法进行实验室的鉴别是方便易行的。1.根据试样的表观鉴别HDPE、PP、NY-66、NY-6、NY1010质硬，表面光滑。LDPE、PVF、NY-11质较软，表面光滑，有蜡状感觉。硬PVC、PMMA表面光滑，无蜡状感觉。PS质硬，敲打会发出清脆的“打铃声”。2.根据试样的透明程度鉴别（1）透明的聚合物聚丙烯酰胺酯类、聚甲基丙烯酸酯类、再生纤维素、纤维素酯类和醚类、聚甲基戊烯类、PC、PS、PVC及其共聚物。（2）半透明的聚合物尼龙类，PE、PP，缩醛树脂类。透明性往往与样品的厚薄、结晶性、共聚物某些成分的含量等有关。如EVA中VC的含量大于15%可以从半透明变为透明；半透明的聚合物在薄时变为透明；加入填料共混后，透明聚合物变为不透明；结晶可使透明聚合物变为半透明。3.根据聚合物燃烧实验的火焰及气味鉴别把聚合物通过加热或直接燃烧，通过观察火焰的颜色、气体的气味、燃烧过程产物的状态等，可以获得聚合物的某些信息。在受热时，热固性塑料变脆，发热，，但并不软化，而然热塑性塑料则发软，甚至熔融，这是系统鉴别的分界线。含有N、F、Si的塑料都是不易着火的，或具有自熄性，相反含有S、NO，等塑料极易着火或燃烧。乙烯、丙烯、异丁烯等的塑料与烷类化合物的结构相似，燃烧特性相同，有苯环或不饱和双键的塑料燃烧时会冒黑烟。塑料在受热时，会分解成単体或其他结构的小分子化合物，产生特殊的气味，例如聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯乙烯分解成单体；聚乙烯、聚丙烯分解成碳数不等的碳氯化合物；聚氯乙烯聚偏一氯乙烯则分解成大量的氯化氢气体，这些现象都可以作为塑料分类及鉴别的依据。燃烧实验可以使用火柴、酒精灯，下表是一些常见聚合物的燃烧特性。常见聚合物的燃烧特性表聚合物名称燃烧难易离火后是否熄灭火焰状态变化状态气味PE容易继续燃烧上端黄色，下端蓝色无黑烟熔融滴落石蜡燃烧味PP有黑烟石油味PET黄色黑烟微微膨胀，有时开裂苯乙烯味PMMA浅蓝色顶端白色融化起泡强烈腐蚀花果味PS橙黄色，黑烟呈炭飞扬软化起泡苯乙烯味PC缓慢燃烧缓慢熄灭黄色，黑烟呈炭飞扬熔融起泡强烈腐蚀花果、蔬菜味尼龙蓝色上端黄色熔融滴落，起泡羊毛指甲烧焦味PVC难离火即熄黄色，下端绿色白烟软化刺激性酸味4.根据聚合物的密度来鉴别聚合物的密度差别悬殊，有些密度比水小，浮于水面，有些的密度则为水的2倍，因此可以通过密度的测定来鉴别一些聚合物。5、钠熔法(1)试液的制备在试管中放入约50~100mg分散均匀的高分子试样和一颗豌豆粒大小的钠(或钾)，小心的在酒精灯加热至金属熔化。小心的把此灼热的试管放入盛10~15mL蒸馏水的烧杯中，试管将炸裂，反应物溶于水中，未反应的金属钠液会与水反应，用玻璃棒小心搅拌，直至无反应发生。最后，过滤此接近无色的液体或用移液管吸取液体，使玻璃碎片和炭化残渣留下。该原始液体称为试液，分成几分供下面的试验使用，反应原理如下：高分子Na、加热→NaCN、NaC1、NaF、NaO3、Na2S、NaCNS(2)氮的测定加一小勺硫酸亚铁于1mL试液中，煮沸。如果有硫存在，则会形成硫化铁沉淀。过滤，使溶液冷却，加几滴1.5%的氧化铁溶液，用盐酸酸化至氢氧化铁恰好溶解。如果有氮存在，溶液会慢慢变成蓝绿色，片刻会生成普鲁士蓝沉淀。如果试样中氮含量很少，则产生微绿色溶液，静置儿个小时后才会产生沉淀。如果样品中无氟，溶液仍为黄色。但该试验不能用来检测硝基和氮杂环化合物。反应式如下：6NaCN+FeSO4→Na4Fe(CN)6+Na2SO43NaFe(CN)6+4FeCl3→Fe4[Fe(CN)6]3+12NaCl(3)氯的测定取1mL试液与稀硫酸一起煮沸以除去H2S、HCN等，加入少量相酸银溶液(2gAgNO3)溶于100mL蒸馏水中)。若出现白色片状沉淀(AgCl)，且加入过量氨水后溶解表明有氯；若出现蓝色沉淀，且难溶于过量氨水，表明有溴；若现黄色沉淀，且不容于氨水，表明有碘。(4)硫的测定取mL。试液与约1%亚硝基铁氰化钠溶液反应，若出现深紫色表示有硫存在，这个反应非常灵敏,反应式如下：Na2S+Na2Fe(CN)5NO→Na4Fe(CN)5NOS紫色其他验证方法还有(1)滴一滴试液于银器上，如果有褐色的Ag2S斑点形成，说明有硫。(2)用醋酸酸化试液后，用几滴2mol/L醋酸铅溶液或醋酸铅试纸试验，黑色沉淀生成或试纸变黑表示有硫。三、实验仪器电炉、水浴和油浴各一个，试管10支，烧杯、玻璃棒等。四、实验步骤1、做已知样品的燃烧试验、溶解度试验，训练基本操作。2、取两种给定的未知样品，通过观察外观，初测其密度范围，通过燃烧观察火焰颜色及辨别其气味，结合溶解性的试验鉴定其是何种聚合物。五、实验结论1.聚合物燃烧实验的火焰及气味鉴别现象：聚合物名称燃烧难易离火后是否熄灭火焰状态变化状态气味HDPE易继续燃烧上黄下蓝,无黑烟熔融滴落石蜡燃烧味PP易继续燃烧上黄下蓝,无黑烟膨胀，开裂石油味PET易继续燃烧黄色火焰，有黑烟融化起泡苯乙烯味PMMA易继续燃烧上淡蓝下白，无烟软化起泡臭味PS易继续燃烧橙黄火焰，有浓烟融化起泡苯乙烯味LDPE易继续燃烧上黄下蓝，有白烟软化起泡石蜡燃烧味尼龙缓慢燃烧缓慢燃烧上黄下蓝熔融臭味PVC难离火即熄上黄下蓝绿，有白烟软化刺激性酸味橡胶易继续燃烧黄色火焰，有浓黑烟软化刺激性焦味结论：①聚合物一般都容易燃烧，但也有一些聚合物由于结构特殊，或者含有阻燃剂等，使得其不易燃烧或燃烧缓慢且容易熄灭；②而聚合物的组成对聚合物燃烧时的火焰颜色和气味影响大，聚合物的烟是由于聚合物的高含碳量引起的，一般有浓黑烟是由于含有芳环，白烟可能是由于含有双键，而刺激性气味一般和N、S、Cl等元素有关。因此，根据聚合物的燃烧的火焰和气味，我们可以推测出聚合物含有的一些官能团、杂元素等等。2.聚合物密度的鉴别现象：聚合物名称密度(g/cm3)C2H5OH(0.90)H2O(1.00)NaCl(1.19)MgCl2(1.34)HDPEPPPETPMMAPSLDPE尼龙PVC橡胶结论：聚合物的密度虽然不一，但在利用密度鉴别聚合物时，仅能确定范围，排除一些聚合物，无法准确鉴定。因为有些聚合物密度虽然比水大，但由于其形状、大小、以及表面材质等，也可能使其浮于水面。3.聚合物含有元素的鉴别聚合物名称HDPEPPPETPMMAPSLDPE尼龙PVC橡胶所含元素无无无无无无NNBr聚合物除了其结构本身含有杂元素外，其添加剂如阻燃剂、增塑剂等也可能含有杂元素。很多聚合物都含有相同的几种元素,因此元素分析只其一部分的样品分类作用,或在配合其他检测方法提供一些结构上的信息。六、思考题1、溶剂和聚合物之间溶度参数相近就足以保证两者相溶吗？在什么情况下，可应用溶解度参数相近的原则来判别聚合物的溶解性能？如果聚合物和溶剂的溶度参数相近，则聚合物和溶剂分子的作用力较大。但是溶度参数仅适用于非极性溶质和溶剂的相互混合，严格的说它只适用于非极性或弱极性的无定形高聚物。因此，虽然溶度参数对许多简单的化合物适用，对于许多聚合物的溶剂选择也有用处，但不符合聚合物例外的情况也是很多的。2、晶态与非晶态的聚合物溶解过程有何区别？因为非晶态聚合物的分子堆砌比较松散，分子间的相互作用较弱，因此，溶剂分子比较容易渗入聚合物内部使之溶胀和溶解。而晶态聚合物由于分子排列规整，堆砌紧密，分子间相互作用强，因此，溶剂分子渗入聚合物内部很困难。所以，通常非晶态聚合物比晶态聚合物容易溶解。