實驗六 粘度法測定高聚物摩爾質(zhì)量

1、實驗六粘度法測定高聚物摩爾質(zhì)量一、實驗?zāi)康恼莆沼脼跏?ubbelohde)粘度計測定高聚物平均摩爾質(zhì)量的原理和方法；測定聚乙烯醇的特性黏度，計算其粘均摩爾質(zhì)量。二、實驗原理高聚物摩爾質(zhì)量對它的性能影響很大，是個重要的基本參數(shù)。由于高聚物每個分子的聚 合度不一定相同，因此一般高聚物是摩爾質(zhì)量大小不同的大分子混合物，通常所測高聚物摩 爾質(zhì)量是一個統(tǒng)計平均值。測定高聚物摩爾質(zhì)量的方法很多，測定的方法不同，所得的平均摩爾質(zhì)量也有所不同。 粘度法是常用的測定高聚物摩爾質(zhì)量的方法之一，用粘度法所得的摩爾質(zhì)量稱為粘均摩爾質(zhì) 量。液體在流動過程中，必須克服內(nèi)摩擦阻力而做功。其所受阻力的大小可用粘度系數(shù)n (簡

2、 稱粘度)來表示(kg - m-1 s-1)。高聚物溶液的粘度n一般要比純?nèi)軇┑恼扯萵0大得多， 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，使其在流動時受到較大的內(nèi)摩擦 阻力。在相同溫度下，溶液粘度增加的分?jǐn)?shù)稱為增比粘度nsp，即n =工=n-1，sP 門 r0nr稱作相對粘度，是溶液粘度與純?nèi)軇┱扯鹊谋戎?，即n n = r n0高聚物溶液的增比粘度nsp隨質(zhì)量濃度C的增加而增加。為了便于比較，將單位濃度的 增比粘度n sp /C定為比濃粘度，而1nn r/c則稱為比濃對數(shù)粘度。當(dāng)溶液無限稀釋，濃度c趨于零時，高聚物分子彼此相隔甚遠(yuǎn)，它們的相互作用可忽 略，此時有比濃粘度的極限值n，

3、n稱為特性粘度，即lim L = limlnn-=蛆 c0 cc t0 c特性粘度n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)，表明n與高聚物摩爾質(zhì)量有關(guān)。由于nr和nsp 均是無因次量，所以n 的單位是質(zhì)量濃度C單位的倒數(shù)。在高聚物溶液很稀時，nsp/C與C和圖6-1外推法求特性粘度圖ln n r/C與C分別符合下述經(jīng)驗關(guān)系式: = h+ K 吊 CC虬=而吊CC上兩式中k和B分別稱為Huggins和Kramer常 數(shù)。這是兩直線方程，以nsp/C對C或ln n r/C對C 作圖，外推至C=0時所得截距即為n。顯然，對于同一高聚物，由

4、兩線性方程作圖外推所得截距交于同一點，如圖6-1所示。在一定溫度和溶劑條件下，高聚物溶液的特性粘度n與高聚物摩爾質(zhì)量之間的關(guān)系， 通常用帶有兩個參數(shù)的Mark-Houwink經(jīng)驗方程式來表示：=K - MH式中門是粘均摩爾質(zhì)量，K、a是與溫度、溶劑及高聚物本性有關(guān)的常數(shù)，只能通過 一些絕對實驗方法（如膜滲透壓法、光散射法等）確定。本實驗是在30C下，以蒸餾水為溶劑，測定聚乙烯醇的平均摩爾質(zhì)量，在此條件下，K=6.66X10-2，a=0.64。(25C時 K=2X10-2，a=0.76)因此測出了聚乙烯醇水溶液的特性粘度n，就可以計算出聚乙烯醇的平均摩爾質(zhì)量。本實驗采用毛細(xì)管法測定粘度，通過測定

5、一定體積的液體 流經(jīng)毛細(xì)管所需時間而獲得溶液的粘度。本實驗使用的烏氏粘 度計如圖12-2所示。烏氏粘度計的最大優(yōu)點是溶液的體積對測 定沒有影響，因此可以在粘度計內(nèi)用逐漸稀釋的方法，得到不 同濃度溶液的黏度。當(dāng)液體在重力作用下流經(jīng)毛細(xì)管時，其遵守Poiseuille定律:冗 r 4 pt冗 r 4 hpgt門=8lV8lV式中：n 液體的粘度（kg m-1 s-1）；r 毛細(xì)管半徑（m）；p 一一液體流動時在毛細(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）（kg m-1 s-2）；tV體積液體的流出時間（s）；l毛細(xì)管的長度（m）。V 流經(jīng)毛細(xì)

6、管的液體體積（m3）；用同一粘度計,=A，為一常數(shù)，則門=Apt 81V溶液很稀時，溶液的密度與溶劑的密度可近似地看作相同，則n =圖6-2烏氏粘度計門00這樣通過測定溶液和溶劑在毛細(xì)管中的流出時間t和t0就可得到nr，進(jìn)而算出nsp。三、儀器與試劑rSP儀器：恒溫槽一套，烏氏粘度計一支，5ml移液管一支，10ml移液管二支，秒表（0.1s） 一只。100ml容量瓶一只，3號玻璃砂芯漏斗一只，100ml具塞錐形瓶一只。試劑：聚乙烯醇（A.R.）其它：洗耳球一只，細(xì)乳膠管二根，彈簧夾一個，恒溫槽夾三個。四、實驗步驟溶液配制：準(zhǔn)確稱取聚乙烯醇0.7g （稱準(zhǔn)至0.001g）于100ml具塞錐形瓶中

7、，加入 約60ml蒸餾水溶解（可在水浴中加熱數(shù)小時，待其顆粒膨脹后，放在電磁攪拌器上加熱溶 解），然后小心轉(zhuǎn)移至100ml容量瓶中，滴幾滴正丁醇（消泡劑），加蒸餾水稀釋至刻度。 用3號玻璃砂芯漏斗過濾（可由實驗室準(zhǔn)備）。調(diào)節(jié)恒溫水槽至30C。在干燥的烏氏粘度計B管和C管上各套一段乳膠管，然后將 粘度計垂直夾在恒溫槽內(nèi)，要使粘度計盡量進(jìn)入水中且能方便觀察E球上下的a、b刻度線， 檢查并調(diào)整粘度計至垂直位置固定。測定溶液流經(jīng)毛細(xì)管時間t：用移液管吸取8ml聚乙烯醇水溶液，自A管注入粘度 計內(nèi)，恒溫約10分鐘。夾緊C管上的乳膠管，使其不漏氣。在B管的乳膠管上用洗耳球慢 慢抽氣，將液體吸至G球的二分之

8、一處，放開洗耳球，立即打開C管乳膠管上夾子。此時 B、C兩管均通大氣，G球中的液面逐漸下降，當(dāng)液面通過刻度a時，按下秒表，開始記錄 時間，當(dāng)液面通過刻度b時，再按下秒表，記錄液面由a至b所需時間J。重復(fù)測定3次， 每次相差不超過0.3s，取平均值。然后再用移液管依次加入4ml、4ml、4ml、8ml蒸餾水， 每次加入蒸餾水后，用洗耳球?qū)⑷芤郝爻樯狭飨聰?shù)次使之混合均勻，得溶液濃度為c2、 c3、c4、c5、逐一測定溶液流經(jīng)毛細(xì)管的時間t2、t3、t4、t5。測定溶劑流經(jīng)毛細(xì)管時間t0：取出粘度計，倒出溶液，用蒸餾水仔細(xì)清洗粘度計， 尤其要注意清洗毛細(xì)管部分。將粘度計放回恒溫水槽中，自A管注入

9、蒸餾水，恒溫約10分 鐘，用上法測得溶劑流經(jīng)毛細(xì)管時間t0。實驗中需注意的是：聚乙烯醇溶液易產(chǎn)生泡沫，如在G球至E球間及毛細(xì)管中有氣泡時，直接影響流經(jīng)毛 細(xì)管時間的測定，此時可加入幾滴正丁醇消除泡沫。并在測溶劑蒸餾水時加入同樣多的正丁 醇。F球中的液面不應(yīng)高過D球與C管的連通處，否則影響測定結(jié)果。五、數(shù)據(jù)記錄與處理按表12-1記錄并計算各種數(shù)據(jù)。表12-1實驗數(shù)據(jù)記錄溶液量（ml）溶劑量（ml）溶液濃度C1 =C2=3 C1C2=2 C1C2=2 C1C2=2 C1溶劑流出時間t0流 出 時 間_21_2t3t（平均）彳nsp=nr-11nnr(1nn r)/C(nsQ /Cn=M =以(Innr)/C及(nsp) /C分別對C作圖，作線性外推至C-0求n。取常數(shù)K、a值，計算出聚乙烯醇的粘均摩爾質(zhì)量。六、思考題烏氏粘度計中的支管C的作用是什么？在測定流出時間時，C管的夾子忘記打開了，所測的流出時間正確嗎？為什么？粘度計為何必須垂直，為什么總體積