Comment calculer le poids moléculaire du polymère

Les polymères contiennent une large gamme de chaînes de poids moléculaire différent, contrairement à beaucoup d'autres substances. Ainsi, nous ne pouvons pas calculer le poids moléculaire exact d'un polymère; au lieu de cela, nous calculons le poids moléculaire moyen d'un polymère. Il est très important de déterminer le poids moléculaire moyen d'un polymère car leurs propriétés en dépendent. Par exemple, un polymère ayant un poids moléculaire moyen élevé se comporterait d'une manière totalement différente de celle d'un polymère ayant un poids moléculaire moyen faible. Il existe différentes méthodes pour calculer les poids moléculaires moyens des polymères, notamment la viscosimétrie, l'osmométrie, la chromatographie d'exclusion stérique, l'ultracentrifugation, la diffusion de la lumière, l'analyse du groupe final et le titrage turbidimétrique..

Cet article se concentre sur,

1. Comment calculer le poids moléculaire du polymère?
       - Masse moléculaire moyenne en nombre
       - Poids moléculaire moyen en poids

2. Qu'est-ce que la viscométrie??

3. Qu'est-ce que l'ultracentrifugation??

Comment calculer le poids moléculaire du polymère

Il existe deux méthodes courantes pour calculer le poids moléculaire moyen des polymères si les distributions de poids moléculaire sont connues..

Poids moléculaire moyen en nombre

La première méthode est le poids moléculaire moyen en nombre (m_n), qui se trouve par l'équation;

m_n= Σ X_je M_je

M_je est la moyenne moléculaire de la gamme de taille je, et x_je est la fraction du nombre total de chaînes dans la plage donnée.

Poids moléculaire moyen en poids

La deuxième méthode est le poids moléculaire moyen en poids (_w), trouvé par équation;

m_w= Σ w_je M_je

M_je est la moyenne moléculaire de la gamme de taille je, et W_je est la fraction en poids des molécules dans la plage donnée.

Qu'est-ce que la viscométrie

La technique la plus couramment utilisée pour déterminer le poids moléculaire moyen d'un polymère est la viscosimétrie, qui utilise le viscosimètre Ubbelohde. Dans cette méthode, le polymère devrait être sous forme liquide; sinon, il faut le dissoudre avec un solvant de concentration connue. Selon l’équation de Mark-Houwink, le poids moléculaire peut être calculé si la viscosité (η) est connu.

[η] = K M ^une    … 1

K et a sont des constantes connues qui dépendent du solvant, du type de polymère et de la température.

La valeur de [η] peut être déterminée par tracé ((η- η₀) / η₀c) en fonction de c, où c est la concentration de la solution de polymère. Afin de déterminer le η à l'aide d'un viscosimètre, il convient tout d'abord de préparer une série de solutions de polymères. Ensuite, le temps d'efflux doit être déterminé pour chaque solution (t). Selon l'équation de Huggins,

(t - t₀) / t₀c = (η - ηo) / η₀c… 2

t₀ est le temps d'efflux du solvant pur sans polymère. En utilisant les équations 1 et 2 ci-dessus, nous pouvons déterminer la viscosité moyenne d'un polymère.

Viscosimètre Ubbelohde

 Qu'est-ce que l'ultracentrifugation?

Dans cette méthode, le poids moléculaire moyen d'un polymère est déterminé en mesurant les vitesses de sédimentation. La vitesse de sédimentation des particules est généralement très lente. Afin d'accélérer le processus, nous pouvons utiliser un ultracentrifuge. Le poids moléculaire moyen d'un polymère peut être déterminé par l'équation suivante:

M = S R T / (1- ρν_s) RÉ

M est le poids moléculaire de l'échantillon, R est la constante de gaz universelle, T est la température, ρ est la densité de la solution,  ν_s est le volume spécifique du soluté, S est la constante de sédimentation et D est le coefficient de diffusion.

S doit d'abord être déterminé à l'aide de l'équation ci-dessous.

S = s / r ω²

s est la vitesse, r est le rayon et ω est la vitesse angulaire.

En plus de ces techniques principales, des méthodes de chromatographie, d'osmométrie, de diffusion de la lumière, d'analyse de groupe d'extrémité et de titrage turbidimétrique sont également appliquées pour déterminer les poids moléculaires des polymères. Cependant, la technique la plus couramment utilisée et la plus simple est la viscosimétrie.

Références

Stuart, B.H. (2008).Analyse des polymères (Vol. 30). John Wiley & Sons.

Courtoisie d'image: 

“Ubbelohde lepkosciomierz” de Warczp - Travail personnel (CC BY-SA 3.0) via Commons Wikimedia