實驗八十五黏度法測定水溶性高聚物相對分子質(zhì)量

1、實驗八十五黏度法測定水溶性高聚物相對分子質(zhì)量 1實驗八十五 黏度法測定水溶性高聚物相對分子質(zhì)量 預習提問1、高聚物相對分子質(zhì)量具有什么特點？2、什么是液體的黏度？3、溶液的黏度包括哪些內(nèi)摩擦？4、溶液的黏度與哪些因素有關(guān)？5、什么是相對黏度r、增比黏度sp、比濃黏度sp/c、比濃對數(shù)黏度lnr/c、特性黏度？ 6、特性黏度 與高聚物平均相對分子質(zhì)量有何關(guān)系？7、測定液體黏度主要有哪些方法？8、在什么情況下，相對黏度r等于溶液和溶劑的流出時間t和t0之比？9、如何測定特性黏度？10、黏度法測定高聚物相對分子質(zhì)量的影響因素有哪些？11、如何保證溶液濃度的準確度？12、如何準確測定液體流經(jīng)毛細管的時

2、間？ 13、烏氏粘度計和奧氏粘度計有何區(qū)別？各有什么優(yōu)點？ 2一、實驗目的（1）了解黏度法測定高聚物相對分子質(zhì)量的基本原理和公式。（2）掌握用烏氏(Ubbelohde)黏度計測定黏度的原理和方法。 （3）測定聚乙二醇的相對分子質(zhì)量。3二、實驗原理 高聚物相對分子質(zhì)量不僅反映了高聚物分子的大小，而且直接關(guān)系到它的物理性能，是個重要的基本參數(shù)。與一般的無機物或低分子的有機物不同，高聚物多是相對分子質(zhì)量大小不同的大分子混合物，所以通常所測高聚物相對分子質(zhì)量是一個統(tǒng)計平均值。 高聚物相對分子質(zhì)量的測定方法很多，對線性高聚物有端基分析、沸點升高、凝固點降低、等溫蒸餾、滲透壓、光散射和超離心沉降及擴散等分

3、析方法。這些方法除端基分析外，一般都需要較復雜的儀器設(shè)備，并且操作復雜。粘度法測定高聚物相對分子質(zhì)量，設(shè)備簡單，操作方便，有相當好的實驗精度，其適用的相對分子質(zhì)量范圍為104-107。4二、實驗原理 高聚物在稀溶液中的黏度，主要反映了液體在流動時存在的內(nèi)摩擦。其中有溶劑分子與溶劑分子之間的內(nèi)摩擦，表現(xiàn)出的黏度叫純?nèi)軇ざ龋洖?，還有高聚物分子間的內(nèi)摩擦，以及高聚物分子與溶劑分子之間的內(nèi)摩擦，三者的總和表現(xiàn)為溶液的黏度，記為。 相對于溶劑，溶液黏度增加的分數(shù)稱為增比黏度，記為sp，即： 相對黏度r反映的是溶液的黏度行為，增比黏度sp則反映的是扣除了溶劑分子之間的內(nèi)摩擦效應，僅留下純?nèi)軇┡c高聚物

4、分子之間，以及高聚物分子之間的內(nèi)摩擦效應。 因為液體黏度的絕對值測定很困難，所以一般都是測定溶液與溶劑的相對黏度r：5二、實驗原理 溶液的濃度越大，黏度也越大，為了便于比較，引入比濃黏度sp/c及比濃對數(shù)黏度lnr/c。當溶液無限稀釋時，每個高聚物分子彼此相隔極遠，其相互間的內(nèi)摩擦可忽略不計，此時溶液所表現(xiàn)出的黏度主要反映了高聚物分子與溶劑分子間的內(nèi)摩擦，定義為特性黏度，其值與濃度無關(guān)，僅取決于溶劑的性質(zhì)及高聚物分子的形態(tài)與大小。 在足夠稀的高聚物溶液中6二、實驗原理 實驗證明，當聚合物、溶劑和溫度確定以后，特性黏度的數(shù)值只與高聚物平均相對分子質(zhì)量有關(guān)，它們之間的半經(jīng)驗關(guān)系可用馬克-豪威克 （

5、Mark-Houwink）方程式表示：式中K為比例常數(shù)，是與分子形狀有關(guān)的經(jīng)驗常數(shù)。K和的數(shù)值只能通過其他方法確定， 7二、實驗原理式中為液體的密度；l是毛細管長度；r是毛細管半徑；t是流出時間；h是流經(jīng)毛細管液體的平均液柱高度；g為重力加速度；V是流經(jīng)毛細管液體的體積；m是與儀器的幾何形狀有關(guān)的常數(shù)，在r/l l時，可取ml 。 測定液體黏度的方法，主要有毛細管法（測定液體通過毛細管的流出時間）；落球法（測定圓球在液體里的下落速度）及轉(zhuǎn)筒法或旋轉(zhuǎn)法（測定液體在同心軸圓柱體間相對轉(zhuǎn)動的影響）。在測定高分子溶液的特性黏度時，以毛細管法最為方便。當液體在毛細管黏度計內(nèi)因重力作用而流出時，遵守泊肅葉

6、（Poiseuille）定律：8對某一支指定的黏度計而言，令式中1，當t100s時，等式右邊第二項可以忽略。又因通常測定是在稀溶液中進行，所以溶液的密度與溶劑密度0近似相等。這樣，通過分別測定溶液和溶劑的流出時間t和t0，就可求算r：二、實驗原理由前述可知，黏度法測定高聚物相對分子質(zhì)量，最基礎(chǔ)的是測定t0、t、c，實驗的關(guān)鍵和準確度在于測量液體流經(jīng)毛細管的時間、溶液濃度的準確度和恒溫程度等因素。9三、儀器與試劑1、儀器恒溫水浴 1套烏氏黏度計 1只10mL移液管 2只5mL移液管 1只停表 1只洗耳球 1只彈簧夾 1只約5cm長乳膠管 2根3號砂芯漏斗 2個2、試劑聚乙二醇 (分析純)蒸餾水1

7、0四、實驗步驟（1）將恒溫水浴調(diào)至300.1。（2）配制溶液 準確稱量聚乙二醇樣品約2.5g，用100mL容量瓶配成水溶液。如溶液中有不溶物，則須用預先洗凈并烘干的3號砂芯漏斗過濾，過濾時不能用濾紙，以免纖維混入，裝入錐形瓶中備用。（3）黏度計的洗滌 所用黏度計必須洗凈，因為微量的灰塵油污等會導致局部的堵塞現(xiàn)象，影響溶液在毛細管中流動，引起較大的誤差，所以在實驗前應徹底洗凈烘干。先用熱洗液（經(jīng)砂芯漏斗過濾）浸泡，再用自來水、蒸餾水分別沖洗幾次。每次都要注意反復流洗毛細管部分，洗好后烘干備用。其他容量瓶移液管等都要徹底洗凈，做到無塵。11四、實驗步驟（4）溶液流出時間的測定 安裝好黏度計，用移液

8、管吸取已知濃度的聚乙二醇溶液10.00mL，由A管注入黏度計中，在C管處用洗耳球打氣，使溶液混合均勻，濃度記為c1，恒溫10min，進行測定。測得刻度a、b之間的液體流經(jīng)毛細管所需時間。重復三次，偏差應小于0.3s，取其平均值，即為t1值。 然后依次由A管用移液管準確加入5.00mL、5.00mL、10.00mL、10.00mL蒸餾水，將溶液稀釋，使溶液濃度分別為c2、c3、c4、c5，按上述方法分別測定溶液流經(jīng)毛細管的時間t2、t3、t4、t5應注意每次稀釋后都要將溶液在F球中充分攪勻(可用洗耳球打氣的方法，但不要將溶液濺到管壁上)，然后將稀釋液抽洗黏度計的毛細管、E球和G球，使黏度計內(nèi)各處

9、溶液的濃度相等，而且須恒溫。 （5）溶劑流出時間的測定 用蒸餾水洗凈黏度計，尤其要反復流洗黏度計的毛細管部分。由A管加入約15mL蒸餾水。用同法測定溶劑流出的時間t0。12五、注意事項 （1）高聚物在溶劑中溶解緩慢，配制溶液時必須保證其完全溶解，否則，會影響溶液起始濃度，而導致結(jié)果偏低。 （2）對于黏度計，有時微量的灰塵、油污等會產(chǎn)生局部的堵塞現(xiàn)象，影響溶液在毛細管中的流速，從而導致較大的誤差。因此，黏度計必須潔凈，如毛細管壁上掛有水珠，需用洗液浸泡(洗液經(jīng)砂芯漏斗過濾除去微粒雜質(zhì))，高聚物溶液中若有絮狀物不能將它直接移入黏度計中，也應用干凈干燥的砂芯漏斗過濾后方可使用。檢查洗耳球里面是否有污

10、染物，不要讓污染物堵塞毛細管。 13五、注意事項 （3）本實驗溶液的稀釋是直接在黏度計中進行的，因此，每加入一次溶劑進行稀釋時必須混合均勻，并抽洗E球和G球，要注意多次(不少于三次)用稀釋液抽洗毛細管，保持黏度計內(nèi)各處濃度相等。 （4）液體黏度的溫度系數(shù)較大，實驗中應嚴格控制溫度恒定，溶液每次稀釋恒溫后才能測量，否則難以獲得重現(xiàn)性結(jié)果。 （5）測定時黏度計要垂直放置，實驗過程中不要振動黏度計，否則，影響實驗結(jié)果的準確性。 （6）用洗耳球抽提液體時，要避免氣泡進人毛細管以及G、E球內(nèi)進入，若有氣泡則要讓液體流回F球后，重新抽提。14六、實驗記錄與處理（1）將所有記錄與處理結(jié)果填入表1。恒溫水浴溫

11、度 。準確稱量的聚乙二醇質(zhì)量 g，起始濃度c1 gmL-l。溶劑流出時間t0 ， ， ，平均值 。（2）以sp/c及l(fā)nr/c對c作圖，得兩條直線，外推至c0處，由截距求出。（3）聚乙二醇的水溶液在25時，K=15.610-2 mLg-1，=0.5，在30時，K=1.2510-2 mLg-1，=0.78。由求出聚乙二醇的平均相對分子質(zhì)量。 15表1 數(shù)據(jù)記錄與處理結(jié)果16七、思考題（1）烏氏黏度計中支管C有何作用？除去支管C是否仍可測定黏度? （2）烏氏黏度計的毛細管太粗或太細，對實驗有何影響?如何選擇合適的毛細管?（3）特性黏度就是溶液無限稀釋時的比濃黏度，它和純?nèi)軇┑酿ざ扔袩o區(qū)別?為什么要用來求算高聚物的相對分子質(zhì)量? （4）評價黏度法測定水溶性高聚物相對分子質(zhì)量的優(yōu)缺點，適用的相對分子質(zhì)量范圍是多少?并指出影響準確測定結(jié)果的因素。 17 除了烏氏粘度計，生產(chǎn)實際中經(jīng)常使用奧氏粘度計測定高聚物的平均摩爾質(zhì)量。奧氏粘度計的結(jié)構(gòu)如圖所示，其操