實(shí)驗(yàn)粘度法測(cè)定高聚物摩爾質(zhì)量

-1-1-1-1一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康恼莆沼檬希┒扔?jì)測(cè)定高聚物平均摩爾質(zhì)量的原理和方法；測(cè)定聚烯醇的特性黏度，計(jì)算其粘均摩爾質(zhì)量。二、實(shí)驗(yàn)原理高聚物摩爾質(zhì)量對(duì)它的性能影響很大個(gè)重要的基本參數(shù)于高聚物每個(gè)分子的聚合度不一定相同此般高聚是摩爾質(zhì)量大小不同的大分子混合物常測(cè)高聚物摩爾質(zhì)量是一個(gè)統(tǒng)計(jì)平均值。測(cè)定高聚物摩爾質(zhì)量的方法很多，測(cè)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(cè)定高聚物摩爾質(zhì)量的方法之一法所得的摩爾質(zhì)量稱為粘均摩爾質(zhì)量。液體在流動(dòng)過(guò)程中克內(nèi)擦阻力而做功受力的大小可用粘度系數(shù)（簡(jiǎn)稱粘度）來(lái)表示kg··聚物溶液的粘η一般要比純?nèi)軇┑恼肠谴蟮枚啵?原因在于其分子鏈長(zhǎng)度遠(yuǎn)大于溶劑分子上劑化作用其在流動(dòng)時(shí)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η，spη

sp

=

=η－，rη稱作相對(duì)粘度，是溶液粘度與純?nèi)軇┱扯鹊谋戎?，即rη=r

高聚物溶液的增比粘η隨質(zhì)量濃度C的加而增加為便于比較將位濃度的sp增比粘度/C定比粘度，而η則稱為比濃對(duì)數(shù)度。spr當(dāng)溶液無(wú)限稀釋，濃度C趨零時(shí)，高聚物分子彼此相隔甚遠(yuǎn)，它們的相互作用可忽略，此時(shí)有比濃粘度的極限值[η][η]稱為特性粘度，即limc

c

c0

c

r

特性粘度[]反映的是無(wú)限稀釋溶液中高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[]與高聚物摩爾質(zhì)量有關(guān)。由η和r均是無(wú)因次量，所以[]單位是質(zhì)量濃度C單位的倒數(shù)。在高聚物溶液很稀時(shí)η/C與C和spη與C別符合下述經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式：r

spC

r

上兩式中κ和β分稱為和常數(shù)。這是兩直線方程，以η/C對(duì)或lnη/C對(duì)spr作圖，外推至?xí)r得截距即[η]。顯然，對(duì)于/

圖推法求特性粘度圖

-2-2-1-1-13-2-2-1-1-13同一高聚物，由兩線性方程作圖外推所得截距交于同一點(diǎn)，如圖所示。在一定溫度和溶劑條件下，高聚物溶液的特性粘[]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)的經(jīng)驗(yàn)方程式來(lái)表示：式中

M

—是粘均摩爾質(zhì)量K、α是與溫度、溶劑及高聚物本性有關(guān)的常數(shù)，只能通過(guò)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)是在℃下，以蒸餾水為溶劑，測(cè)定聚乙烯醇的平均摩爾質(zhì)量，在此條件下，K=6.66×

，α=0.64℃時(shí)K=2×10

，α=0.76）因此測(cè)出了聚乙烯醇水溶液的特性粘[]，就可以計(jì)算出聚乙烯醇的平均摩爾質(zhì)量。本實(shí)驗(yàn)采用毛細(xì)管法測(cè)定粘度，通過(guò)測(cè)定一定體積的液體流經(jīng)毛細(xì)管所需時(shí)間而獲得溶液的粘度。本實(shí)驗(yàn)使用的烏氏粘度計(jì)如圖12-2所。烏氏粘度計(jì)的最大優(yōu)點(diǎn)是溶液的體積對(duì)測(cè)定沒(méi)有影響，因此可以在粘度計(jì)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(shí)Poiseuille定：

lV

lV式中：液體的粘度kg··r

毛細(xì)管半徑（當(dāng)體流動(dòng)時(shí)在毛細(xì)管兩端間的壓力是體密度，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··tV積液體的流出時(shí)間（l

毛細(xì)管的長(zhǎng)度（mV流經(jīng)毛細(xì)管的液體體積用同一粘度

4

=A,為一常，A溶液很稀時(shí)，溶液的密度與溶劑的密度可近似地看作相同，則

r

tt0

圖

烏氏粘度計(jì)這樣通過(guò)測(cè)定溶液和溶劑在毛細(xì)管中的流出時(shí)間t就得η，進(jìn)而算η0r三、儀器與試劑

。sp儀器溫一套氏度計(jì)一支，5ml移管一支10ml移管二支，秒0.1s）一只。100ml容瓶一只，玻璃砂芯漏斗一只，100ml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(gè)，恒溫槽夾三個(gè)。/

00四、實(shí)驗(yàn)步驟溶配制：準(zhǔn)確稱取聚乙烯醇0.7g（準(zhǔn)至0.001g）于100ml具塞錐形中，加入約60ml蒸餾水溶解（可在水浴中加熱數(shù)小時(shí)，待其顆粒膨脹后放在電磁攪拌器上加熱溶解后小心轉(zhuǎn)移至容量瓶中，幾滴正丁醇（消泡劑蒸餾水稀釋至刻度。用3號(hào)玻璃砂芯漏斗過(guò)濾（可由實(shí)驗(yàn)室備調(diào)恒溫水槽至30在燥的烏氏粘度計(jì)B管C管各套一段乳膠管然后將粘度計(jì)垂直夾在恒溫槽內(nèi)使度計(jì)盡量進(jìn)入水中且能方便觀察E球下的b刻線，檢查并調(diào)整粘度計(jì)至垂直位置固定。測(cè)溶液流經(jīng)毛細(xì)管時(shí)間t：移液管吸取8ml聚烯醇水液，自A注入粘度計(jì)內(nèi)，恒溫約10分。夾緊管的乳膠，使其不漏氣。在B管乳膠管上用洗耳球慢慢抽氣，將液體吸至球二之一處，放開洗耳球，立即打開管膠管上夾子。此時(shí)B、C管均通大氣G球的液面逐漸下降，當(dāng)液面通過(guò)刻度a時(shí)，按下秒表，開始記錄時(shí)間，當(dāng)液面通過(guò)刻度b時(shí)再按下秒表，記錄液面由至b所需時(shí)間t。重復(fù)測(cè)定次，1每次相差不超過(guò)0.3s，取平均值。然后再用移液依次加入4ml、4ml4ml、8ml蒸水，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、2c、、、逐一測(cè)定溶液流經(jīng)毛細(xì)管的時(shí)間t、tt、。345345測(cè)溶劑流經(jīng)毛細(xì)管時(shí)間：取出粘度計(jì)，倒出溶液，用蒸餾水仔細(xì)清洗粘度計(jì)，0尤其要注意清洗毛細(xì)管部分。將粘度計(jì)放回恒溫水槽中，自A管入蒸餾水，恒溫約10分鐘，用上法測(cè)得溶劑流經(jīng)毛細(xì)管時(shí)間t。0實(shí)驗(yàn)中需注意的是：聚乙烯醇溶液易產(chǎn)生泡沫，如在G球球及毛細(xì)管中有氣時(shí)，直接影響流經(jīng)毛細(xì)管時(shí)間的測(cè)定時(shí)加入幾正丁醇消除泡沫在測(cè)溶劑蒸餾水時(shí)加入同樣多的正丁醇。F球的液面不應(yīng)高過(guò)D球C管連通處，否則影響測(cè)定結(jié)果。五、數(shù)據(jù)記錄與處理．按表錄并計(jì)算各種數(shù)據(jù)。表12-1驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄溶液量(ml)溶劑量(ml)溶液濃度

23

12

25

27

溶劑流出時(shí)間t流出時(shí)

ttt

間

t(平均)tη

r

=

t

η

=ηr1nηηr

r（η

）[η

M

=/

以η)/C及η）分對(duì)C作，作線性外推至→0求[η]r取常數(shù)、a，計(jì)算出聚乙烯醇的粘均摩爾質(zhì)量。六、思考題烏粘度計(jì)中的支管的用是什么？在定流出時(shí)間時(shí)C的夾子忘記打開了，所測(cè)的流出時(shí)間正確嗎？為什么？粘計(jì)為何必須垂直，為什么總體積對(duì)粘度測(cè)定沒(méi)有影