粘度法測定水溶性聚合物的平均分子量

1、 粘度法測定水溶性聚合物的平均分子量 一、實驗目的1掌握烏氏（Ubbelohde）粘度計測定粘度的原理和方法；2測定高聚物聚乙二醇的平均相對分子量。二、實驗原理單體分子經(jīng)過聚或縮聚過程便可合成高聚物。高聚物溶液由于其分子鏈長度遠大于溶劑分子，液體分子有流動或有相對運動時，會產(chǎn)生內(nèi)摩擦阻力。內(nèi)摩擦阻力越大，表現(xiàn)出來的粘度就越大，而且與聚合物的結構、溶液濃度、溶劑性質(zhì)、溫度以及壓力等因素有關。聚合物溶液粘度的變化，一般采用下列有關的粘度量進行描述。（1）粘度比（相對粘度）用r表示。如果純?nèi)芤旱恼扯葹?，形同溫度下溶液的粘度為，則r = / 0 （1）（2）粘度相對增量（增比粘度）用sp表示。是相對

2、溶液來說，溶液粘度增加的分數(shù)sp =（-0）/0 =r 1 （2）（3）粘度（比濃粘度）對高分子聚合物溶液，粘度相對增量往往隨溶液濃度也的增加而增大，因此常用其與濃度c之比來表示溶液的粘度，稱為粘數(shù)，即sp/c = (r -1)/c （3）（4）對比粘數(shù)（比濃對比粘度）是粘度比的自然對數(shù)與濃度之比，即( lnr)/c = ln(1+sp)/c （4）（5）極限粘度（特性粘度）定義為粘數(shù)sp/c或比濃對數(shù)粘度（對數(shù)粘度）lnr/c在無限稀釋時的外推值，用表示，即 = lim(sp /c) = lim(lnr /c) （5）c0 c0實驗證明，對于給定的聚合物，給定的溶劑和溫度下，的數(shù)值僅由試樣的

3、摩爾質(zhì)量M所決定。與高聚物摩爾質(zhì)量之間的關系，通常用帶有兩個參數(shù)的Mark-Houwink經(jīng)驗方程式來表示： =K M （6）式中： K比例常數(shù)： 與溶液中聚合物分子的形態(tài)有關的經(jīng)驗常數(shù)； M粘均摩爾質(zhì)量K、與溫度、聚合物種類和溶劑性質(zhì)有關，K值受溫度影響較大。在一定溫度是，對給定的聚合物溶劑體系，一定的分子量范圍內(nèi)K、為常數(shù)，之與摩爾質(zhì)量大小有關。K、值可從有關手冊中查到（附錄），或采用幾個標準樣品根據(jù)式（1-6）進行確定，標準樣品的摩爾質(zhì)量可由絕對方法（如滲透壓和光散射法等）確定。本次實驗中K=1.25E-2 cm3/g； = 0.78在一定溫度下，聚合物溶液粘度對濃度有一定的依賴關系。描

4、述溶液粘度與濃度關系的方程式很多，應用較多的有哈金斯（Huggins）方程：sp /c = k2c （7）克拉默（Kraemer）方程：(lnr)/c = 2c （8）對于給定改的聚合物在給定溫度和溶劑時，k、應是常數(shù)，其中k稱為哈金斯（Huggins）常數(shù)。它表示溶液中聚合物之間和聚合物與溶劑分子之間的相互作用，k值一般來說對摩爾質(zhì)量并不敏感。用(lnr)/c對c的圖外推和用sp/c對c的圖外推，得到共同的截距，如圖1所示。最后代入（1-6）式，即可得到其粘均摩爾質(zhì)量M。圖1 外推法求由式（7）跟式（8）得一點法求的方程： = （1/c）1/（k+）（sp -lnr）1/2 （9）由此可見，

5、用粘度法測定高聚物摩爾質(zhì)量，關鍵在于的求得，最方便的方法是用毛細管粘度計測定溶液的粘度比。常用的粘度計有烏氏（Ubbelchde）粘度計，其特點是溶液的體積對測量沒有影響，所以可以在粘度計內(nèi)采取逐步稀釋的方法得到不同濃度的溶液。根據(jù)粘度比定義 t(1-B/At2)r = = （10） 0 0t0(1-B/At02)式中、0分別為溶液和溶劑的密度。如溶液的濃度不大（c110Kg/m3），溶液的密度與溶劑的密度可近似地看作相同，即0；A和B為粘度計常數(shù)；t和t0 分別為溶液和溶劑在毛細管中的流出時間。在恒溫的條件下，用同一支毛細管測定溶液和溶劑的流出時間。如溶液在該粘度計中流出時間大于100秒，則

6、動能校正項B/At2值遠遠小于1，因此溶液的粘度比為r=t/t0 （11）所以只需測定溶液和溶劑在毛細管中的流出時間就可以得到r 。三、實驗試劑和裝置烏氏粘度計、HK-2A超級恒溫水浴（要求溫度波動不大于+0.1）、移液管（10mL）、吸量管、秒表、橡皮塞、夾子、洗耳球、鐵架臺聚乙二醇溶液（c=0.01g/mL）、蒸餾水四、實驗過程1調(diào)節(jié)恒溫水浴溫度至30+1.02測量溶劑流出時間在粘度計的C管和B管上端套上干燥清潔的橡皮管，在鐵架臺上調(diào)好粘度計的高度和垂直度，然后用移液管將10mL蒸餾水自A管注入粘度計，放在恒溫水浴中恒溫3min。用夾子夾緊C管和B管上的橡皮管，在B管的橡皮塞用洗耳球抽氣，

7、待水上升至G球中部即停止抽氣，取下洗耳球。然后松開B、C兩管上的夾子，使其通大氣，此時液面順毛細管流下，用秒表記下液體流經(jīng)a、b之間所需的時間。重復測定三次，每次相差不超過0.2s，取平均值，即為t0 值。3洗粘度計取出粘度計，倒出其中的水，用少量無水乙醇潤洗。4測溶液流出時間在用無水乙醇潤洗過的粘度計中，用適量配置好的聚乙二醇溶液潤洗。按上法安裝粘度計，用移液管移取10.0mL已恒溫好的溶液與粘度計F球中，恒溫3min，按以上步驟測定溶液的流出時間t。再用吸量管依次加入2.0mL、3.0mL、4.0mL、5.0mL已恒溫的蒸餾水，加入粘度計F球中并混合均勻，準確測量每種濃度溶液的流出時間，每

8、種濃度溶液的測定都不得少于三次，誤差不超過0.2秒。實驗結束后，將溶液倒入回收瓶，用蒸餾水反復沖洗粘度計，置于原處。五、實驗注意事項1粘度計必須潔凈，需用蒸餾水浸泡，用待測也潤洗。2.本實驗中溶液的稀釋是直接在粘度計中進行的，所用溶劑（蒸餾水）必須先與溶液所處同意超級恒溫水浴中恒溫，然后用吸量管準確量取并且混合均勻方可測定。3.測定時粘度計要垂直放置，否則影響結果的準確性。六、數(shù)據(jù)處理1根據(jù)不同濃度的溶液測定的相應流出時間分別計算sp 、r 、sp /c和(lnr)/c。試樣名稱：聚乙二醇溶液 溶劑：蒸餾水 恒溫槽溫度：30.00 A.溶劑在毛細管中流出時間 t1=89.65s t2=89.6

9、7s t3=89.80s 平均值t0 =89.71sB.溶液在毛細管中時間記錄和處理加入溶劑量（mL）02.03.04.05.0相對濃度15/62/310/195/12溶液流出時間（s）t1109.02106.58103.2100.1997.83t2110.58106.32103.27100.0296.86t3107.5107.03102.64100.8696.93平均值（s）109.95106.64103.36100.3697.21sp0.22560.18880.14890.11870.0836r1.22561.18881.14891.11871.0836sp /c0.22560.22650

10、.22280.22550.2006(lnr)/c0.20340.20750.20780.21310.19262.以sp /c和(lnr)/c對c作圖并作線性外推求得截距A，以A除以起始濃度c0得。 (lnr)/csp /cA1=0.22305A2=0.22182A平均=0.2224=A平均/c0=0.2224/0.01g/mL=22.243.取30時的常數(shù)K、值，按式（1-6）計算出聚乙二醇的相對分子質(zhì)量。K=1.2510-2 cm3/g =0.78M =（/K）1/=（22.24/(1.2510-2 ）)1/0.78=1387.78七、誤差分析實驗過程中一些因素會影響sp /c或(lnr)/c對c作圖的線性，因此在測定過程中應該注意這些因素，并盡量減少其影響。1.溫度的波動可直接影響溶液粘度的測定，因此超級恒溫水浴的控溫精度會影響實驗結果。2.測定過程中因微粒雜質(zhì)局部堵塞毛細管可能會影響實驗結果。3.粘度計的垂直度發(fā)生變化也會影響實驗結果的測定。若粘度計傾斜在超級恒溫水浴中