粘度法測(cè)定高聚物摩爾質(zhì)量

1、一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、掌握用烏氏粘度計(jì)測(cè)定高聚物溶液粘度的原理和方法。2、測(cè)定線形高聚物聚乙二醇的粘均摩爾質(zhì)量。二、實(shí)驗(yàn)原理單體分子經(jīng)加聚或縮聚過程便可合成高聚物。并非高聚物每個(gè)分子的大小都相同，即聚合度不一定相同，所以高聚物摩爾質(zhì)量是一個(gè)統(tǒng)計(jì)平均值。對(duì)于聚合和解聚過程機(jī)理和動(dòng)力學(xué)的研究，以及為了改良和控制高聚物產(chǎn)品的性能，高聚物摩爾質(zhì)量是必須掌握的重要數(shù)據(jù)之"o高聚物溶液的特點(diǎn)是粘度特別大，原因在于其分子鏈長度遠(yuǎn)大于溶劑分子，加上溶劑化作用，使其在流動(dòng)時(shí)受到較大的內(nèi)摩擦阻力。粘性液體在流動(dòng)過程中， 必須克服內(nèi)摩擦阻力而做功。粘性液體在流動(dòng)過程中所受阻力的大小可用粘度系數(shù)刀(簡稱粘度)來表

2、示(kg m1 s-1)。高聚物稀溶液的粘度是液體流動(dòng)時(shí)內(nèi)摩擦力大小的反映。純?nèi)軇┱扯确从沉巳軇┓肿娱g的內(nèi)摩擦力，記作刀0,高聚物溶液的粘度則是高聚物分子間的內(nèi)摩擦、高聚物分子與溶劑 分子間的內(nèi)摩擦以及刀。三者之和。在相同溫度下，通常刀刀。,相對(duì)于溶劑，溶液粘度增加的分?jǐn)?shù)稱為增比粘度，記作刀sp,即% %r,即而溶液粘度與純?nèi)軇┱扯鹊谋戎捣Q作相對(duì)粘度，記作Y鵬反映的也是溶液的粘度行為，而刀sp則意味著已扣除了溶劑分子間的內(nèi)摩擦效應(yīng)，僅反映了高聚物分子與溶劑分子間和高聚物分子間的內(nèi)摩擦效應(yīng)。高聚物溶液的增比粘度刀sp往往隨質(zhì)量濃度C的增加而增加。為了便于比較，將單位濃 度下所顯示的增比粘度刀sp

3、/c稱為比濃木度，而ln Yr/C則稱為比濃對(duì)數(shù)粘度。當(dāng)溶液無 限稀釋時(shí)，高聚物分子彼此相隔甚遠(yuǎn)，它們的相互作用可以忽略，此時(shí)有關(guān)系式= liming A = 歹JOY稱為特性粘度，它反映的是無限稀釋溶液中高聚物分子與溶劑分子間的內(nèi)摩擦，其值取決于溶劑的性質(zhì)及高聚物分子的大小和形態(tài)。由于刀r和刀sp均是無因次量，所以他們的單位是濃度C單位的倒數(shù)。在足夠稀的高聚物溶液里，Y sp/c與C和ln Y r/c與C之間分別符合下述經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式：-=M + -加豆鋁=團(tuán)-肛仃C上兩式中k和3分別稱為 Huggins和Kramer常數(shù)。這是兩直線方程， 通過打sp/c對(duì)C或ln /c對(duì)c作圖，外推至C=0時(shí)

4、所得截矩即為 "。顯然，對(duì)于同一高聚物， 由兩線性方程 作圖外推所得截矩交于同一點(diǎn)，如圖 1。c圖1外推法求刀圖圖2烏氏粘度計(jì)高聚物溶液的特性粘度刀與高聚物摩爾質(zhì)量之間的關(guān)系，通常用帶有兩個(gè)參數(shù)的MarkHouwink經(jīng)驗(yàn)方程式來表示：? = /<- 5?；式中耘中是粘均摩爾質(zhì)量，K、”是與溫度、高聚物及溶劑的性質(zhì)有關(guān)的常數(shù)，只能通過一些 絕對(duì)實(shí)驗(yàn)方法(如膜滲透壓法、光散射法等 )確定。本實(shí)驗(yàn)采用毛細(xì)管法測(cè)定粘度，通過測(cè)定一定體積的液體流經(jīng)一定長度和半徑的毛細(xì)管所需時(shí)間而獲得。本實(shí)驗(yàn)使用的烏氏粘度計(jì)如圖2所示。當(dāng)液體在重力作用下流經(jīng)毛細(xì)管時(shí)，其遵守Poiseuille 定律：&

5、#39;一出爐一 8/V式中打(kg - m1 s-1)為液體的粘度；p(kg - m1 s-2)為當(dāng)液體流動(dòng)時(shí)在毛細(xì)管兩端間的壓力差(即是液體密度P,重力加速度g和流經(jīng)毛細(xì)管液體的平均液柱高度 h這三者的乘積)；r(m) 為毛細(xì)管的半徑；V(mf)為流經(jīng)毛細(xì)管的液體體積；t(s)為V體積液體的流出時(shí)間；l(m)為 毛細(xì)管的長度。用同一粘度計(jì)在相同條件下測(cè)定兩個(gè)液體的粘度時(shí)，它們的粘度之比就等于密度與流出時(shí)間之比?j = -1 * 小:弟 肉“戶M如果用已知粘度刀1的液體作為參考液體，則待測(cè)液體的粘度刀2可通過上式求得。在測(cè)定溶劑和溶液的相對(duì)粘度時(shí)，如溶液的濃度不大(C<1 X 10 k

6、g m3),溶液的密度與溶劑的密度可近似地看作相同，故r o1支；胖肚移液管(5mD 1支；停所以只需測(cè)定溶液和溶劑在毛細(xì)管中的流出時(shí)間就可得到刀 三、儀器與藥品烏氏粘度計(jì)1支；有塞錐形瓶(50mD 2支；洗耳球表(0.1s ) 1 支。聚乙二醇（AR）。四、實(shí)驗(yàn)步驟1、將恒溫水槽調(diào)到 25C± 0.1 Co2、溶液配制，稱取聚乙二醇 1.000g,用25ml容量瓶配成水溶液。3、洗滌粘度計(jì)，先用熱洗液（經(jīng)砂芯漏斗過濾）浸泡，再用自來水、蒸儲(chǔ)水沖冼。4、測(cè)定溶劑流出時(shí)間，將粘度計(jì)垂直夾恒溫槽內(nèi)，用吊錘檢查是否垂直，將10ml純?nèi)軇┳訟管注入粘度計(jì)中，恒溫?cái)?shù)分鐘，夾緊 C管上連結(jié)的乳膠

7、管，在 B管上接冼耳球慢 慢抽氣，待液體升至G球的一半左右停止抽氣， 打開C管上的夾子使毛細(xì)管內(nèi)液體同D球分開，用停表測(cè)定液面在a、b兩線間移動(dòng)所需要的時(shí)間。重復(fù)測(cè)定三次，每次相差不超過0.2s0.3 s,取平均值。5、測(cè)定溶液流出時(shí)間，取出粘度計(jì)，倒出溶劑，吹干。用移液管取10ml已恒溫的高聚物溶液，同上法測(cè)定流經(jīng)時(shí)間。6、實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，將溶液倒入瓶內(nèi)，用溶劑仔細(xì)沖冼粘度計(jì)3次，最后用溶劑浸泡，備用。五、數(shù)據(jù)處理待測(cè)液純?nèi)軇┤芤?0ml+ 5ml 水+ 5ml 水+ 10ml 水+ 10ml 水c/kg - m3100040.0026.6720.0013.3310.0011/s35.16119

8、.4582.9867.8755.3850.01t2/s35.25119.3183.1167.7255.4149.9213/s35.26119.6182.9667.9555.3549.981/s35.22119.4683.0267.8555.3849.971、由r 工和sp r 1計(jì)算r和sp0t0待測(cè)液溶液10ml+ 5ml 水+ 5ml 水+ 10ml 水+ 10ml 水r3.3922.3571.9261.5721.419sp2.3921.3570.9260.5720.4192、以 正上及金分別對(duì)c作圖并作線形外推求得截距A, A即為。c C二3c/kg , m40.0026.6720.00

9、13.3310.00ln r c0.030540.032150.032770.033930.03500spc0.059800.050880.046300.042910.041907nsp.G或仙 r/cc/kg m'”對(duì)c作圖cLinear Regression for Data1_B:Parameter Value ErrorA0.035973.79231E-4B-1.40344E-4 1.55106E-5R SD N P-0.982173.69977E-450.00285二p對(duì)c作圖 cLinear Regression for Data1_C:Y = A + B * XParam

10、eter Value ErrorA 0.034967.91852E-4B 6.09127E-43.23868E-5R SD N P0.99579 7.7253E-453.28131E-4得=0.034963、取25 c時(shí)常數(shù)值，按 =k * M 式計(jì)算出聚乙二醇的粘均摩爾質(zhì)量 M=156X l0-6m7kg ,=0.500.03496156 10 62=5.022 X104六、思考題1、烏氏粘度計(jì)中的支管 C的作用是什么？能否去除 C管改為雙管粘度計(jì)使用？為什么？答：C管的作用是形成氣承懸液柱，不能去除C管改為雙粘度計(jì)，因?yàn)闆]有了C管就成了連通器，不斷稀釋之后會(huì)導(dǎo)致粘度計(jì)內(nèi)液體量不一樣，這樣在測(cè)定液體流出時(shí)間時(shí)就不能處在相同的條件之下，因而沒有可比性，只有形成了氣承懸液柱，便流出液體上下方均處在大氣 環(huán)境下測(cè)定的數(shù)據(jù)才具有可比性。2、高聚物溶液的Y r、Y sp、Y sp/c和Y的物理意義是什么？答：Y r 相對(duì)粘度，反應(yīng)的是溶液的粘度行為。刀sp增比粘度，反應(yīng)的是高聚物分子與溶劑分子間和高聚物分子間的內(nèi)摩擦效應(yīng)。Y sp/C 比濃粘度，即單位濃度下所顯示的增比粘度。Y 特性粘度，反映的是無限稀釋溶液中高聚物分子與溶劑分子間的內(nèi)摩擦，其值取決于溶劑的性質(zhì)與高聚物分子的大小和形