粘度法測定高聚物分子量

1、蘇州科技學院蘇州科技學院化學與生物工程學院化學與生物工程學院化學化工實驗中心化學化工實驗中心 1.測定線型高聚物聚乙烯醇的相對分子質(zhì)量的平均值； 2.掌握測量原理和使用烏氏粘度計測定粘度的方法。 相對分子質(zhì)量是表征化合物特征的基本參數(shù)之一，在高聚物的研究中，相對分子質(zhì)量是一個不可缺少的重要數(shù)據(jù)。它不僅反映了高聚物分子的大小，而且直接關(guān)系到高聚物的物理性能。 一般情況，高聚物的相對分子質(zhì)量大小不一，其摩爾質(zhì)量常在103107之間，通常所測的高聚物摩爾質(zhì)量是一個統(tǒng)計平均值。 測定高聚物相對分子質(zhì)量的方法很多，其中以粘度法最常用。因為粘度法設備簡單、操作方便、適用范圍廣（分子量104107）、有相當

2、好的精確度。 測定粘度的方法主要有：毛細管法（測定液體在毛細管里的流出時間）；落球法（測定圓球在液體里下落速度）；旋筒法（測定液體與同心軸圓柱體相對轉(zhuǎn)動的情況）等，而測定高聚物溶液的粘度以毛細管法最方便，本實驗采用烏氏粘度計測量高聚物稀溶液的粘度。 但粘度法不是測定相對分子質(zhì)量的絕對方法，因為在此法中所用的粘度與相對分子質(zhì)量的經(jīng)驗公式要用其他方法來確定。因高聚物、溶劑、相對分子質(zhì)量范圍、溫度等不同，就有不同的經(jīng)驗公式。 高聚物在稀溶液中的粘度是它在流動過程所存在的內(nèi)摩擦的反映，這種流動過程中的內(nèi)摩擦主要有：溶劑分子之間的內(nèi)摩擦；高聚物分子與溶劑分子間的內(nèi)摩擦；以及高聚物分子間的內(nèi)摩擦。 其中溶

3、劑分子之間的內(nèi)摩擦又稱為純?nèi)軇┑恼扯龋?表示；三種內(nèi)摩擦的總和稱為高聚物分子間的內(nèi)摩擦，以 表示。0 實踐證明：在同一溫度下，高聚物溶液的粘度一般要比純?nèi)軇┑恼扯却笮?，即?，粘度增加的分數(shù)叫增比粘度 式中： 稱為相對粘度，它指明溶液粘度對溶劑粘度的相對值。 則反映出扣除了溶劑分子間的內(nèi)摩擦后，純?nèi)軇┡c高聚物分子之間，以及高聚物分子之間的內(nèi)摩擦效應。100rsp0sp0rspsp 隨溶液濃度C而變化， 與C的比值 稱為比濃粘度。 仍隨C而變化，但當?shù)擟0，也就是溶液無限稀時， 有一極限值，即：spCspCspCsplim0CSPC 稱為特性粘度，它主要反映無限稀溶液中高聚物分子與溶劑分子之

4、間的內(nèi)摩擦。因在無限稀溶液中，高聚物分子相距較遠，它們之間的相互作用可忽略不計。根據(jù)實驗，在足夠稀的溶液中有：CkCsp2CCr2lnCCspCCrlnCCrspln或0 C g/100ml 當高聚物、溶劑、溫度等確定以后，值只與高聚物的相對分子質(zhì)量M有關(guān)。目前常用半經(jīng)驗的麥克非線性方程來求得：KM式中：M-高聚物相對分子質(zhì)量的平均值； K-比例常數(shù)； -與高聚物在溶液中的形態(tài)有關(guān)的經(jīng)驗參數(shù)。v當液體在毛細管粘度計內(nèi)因重力作用而流出時遵守泊塞勒（Poiseuille)定律：ltVmlVtghr884式中：為液體的密度；l為毛細管長度；r為毛細管半徑； t為流出時間；h為流經(jīng)毛細管液體的平均液柱

5、高度； g為重力加速度；v為流經(jīng)毛細管的液體體積；m為與儀器的幾何形狀有關(guān)的常數(shù)，r/l1時，可取m=1。式中100s時，等式右邊第二項可以忽略。溶液很稀時0。這樣，通過測定溶液和溶劑的流出時間t和t0，就可求00ttr對某一指定的粘度計而言，令 ， ，則上式可寫為：lmV8lvghr84tt1. 烏氏粘度計；2. 恒溫水槽一套；3. 秒表；4. 移液管、吸耳球、容量瓶等；5. 0.5g/100ml聚乙烯醇溶液、正丁醇(AR)；6. 等等。 C B AabGEDF控溫儀控溫儀玻璃溫度計玻璃溫度計接觸溫度計接觸溫度計電動攪拌器電動攪拌器加熱器加熱器打開攪拌器打開攪拌器控溫儀開關(guān)控溫儀開關(guān)粘度計清

6、粘度計清洗與烘干洗與烘干調(diào)節(jié)恒溫調(diào)節(jié)恒溫溫度溫度25烏氏粘度計烏氏粘度計測定粘度測定粘度記錄時間記錄時間蒸餾水恒蒸餾水恒溫溫15min聚乙烯醇恒聚乙烯醇恒溫溫15min加蒸餾水 本步驟關(guān)鍵是：v用蒸餾水清洗三次以上，并觀察蒸餾水在毛細管中流下的情況。v用電風吹吹干烏氏粘度計，關(guān)鍵是毛細管內(nèi)的水份。v在測定蒸餾水（純?nèi)軇r，可以不吹干。實驗步驟實驗步驟v調(diào)節(jié)接觸溫度計至25或30（以玻璃溫度計上的溫度為準）v用100ml的容量瓶裝上蒸餾水，放置恒溫槽內(nèi)恒溫15min以上，則可以用它測定蒸餾水的粘度。v把烏氏粘度計固定在鐵架上，放入恒溫槽中，恒溫水浸沒至粘度計的a線以上。從恒溫槽中的容量瓶內(nèi)吸取

7、10ml蒸餾水，從烏氏粘度計的管注入，再恒溫15min。v恒溫15min后，用手按住管，吸耳球放在管口，把溶液吸至球，然后放開。v當溶液降至a線時，即按下秒表記時，至溶液降至b線時，按下秒表結(jié)束實驗。v重復測定三次，每二次間的時間相差不得超過.2秒，否則重測。v用移液管吸取10ml已配好的0.5g/100ml的聚乙烯醇溶液，從粘度計A管注入，按住C管，用吸耳球由B管口反復壓吸溶液，使混合均勻。恒溫15min。v恒溫15min后，用手按住管，吸耳球放在管口，把溶液吸至球，然后放開。v當溶液降至a線時，即按下秒表記時，至溶液降至b線時，按下秒表結(jié)束實驗。v重復測定三次，每二次間的時間相差不得超過0

8、.2秒，否則重測。v測定完上述溶液后，用移液管吸取恒溫槽中的容量瓶內(nèi)的蒸餾水10ml從A管加入，按住C管，用吸耳球由B管口反復壓吸溶液，使混合均勻。v測定方法如上。v再依次加蒸餾水10ml、10ml。1.計算 ；2.作 圖； 3.確定 值；4.計算聚乙烯醇相對分子質(zhì)量；5.文獻值。C、C、sprsprlnCCC、CsprlnCCspCCrlnCCrspln或0 C 、 關(guān)系關(guān)系 圖圖 CCrlnCCsp正常狀態(tài)正常狀態(tài) 異?，F(xiàn)象異常現(xiàn)象CCrspln或CCrlnC紅色線代表紅色線代表綠色線代表綠色線代表 的值以的值以 關(guān)系線為準關(guān)系線為準CCspCCspKMKM其中：25 時，K=2.0010

9、-2cm3g -1， =0.76 溫度對溫度對PVAPVA溶液粘度的影響溶液粘度的影響編編號號溫度溫度 聚乙烯醇聚乙烯醇g/100mlg/100ml正丁醇正丁醇mlml分子量分子量(M)(M)1250.50.250.9590704782300.50.250.732056439結(jié)果：實測值為M=計算實驗偏差：分析產(chǎn)生偏差的原因：有何建議與想法？ 1.隨著溶液濃度增加，高聚物分子之間的距離逐漸縮短，因而分子間作用力增大。當溶液濃度超過一定限度時，高聚物溶液的sp/CC、lnr/CC的關(guān)系不成線性。因此測定時要求最濃溶液和最稀溶液與溶劑的相對粘度r在在2.02.01.21.2之間之間； 2.溫度波動

10、直接影響溶液粘度的測定，國家規(guī)定用粘度計測定相對分子質(zhì)量的恒溫槽的溫度波動為0.05；3.毛細管粘度計的選擇，即毛細管的直徑、長度以及球體積的選擇，應根據(jù)所用溶劑的粘度而定，使溶劑流出時間在100s以上；4. 在特性粘度測定過程中，有時并非操作不慎才出現(xiàn)各種異?，F(xiàn)象，而是高聚物本身的結(jié)構(gòu)及其在溶液中的形態(tài)所致，目前尚不能清楚地解釋產(chǎn)生這些反?，F(xiàn)象的原因。因此出現(xiàn)異?，F(xiàn)象時，以sp/CC曲線且由截距求值； 1.在烏氏粘度計中管的作用是什么？能否將管去掉，為什么？ 2.高聚物溶液的r、sp、sp/C和有什么聯(lián)系和區(qū)別？從溶液的內(nèi)摩擦的角度考慮，上述4個量各反映了什么內(nèi)摩擦作用？ 3.試舉例說明影響粘度測定的因素？粘度計毛細管的粗細有何影響？