粘度法測定聚乙烯醇的相對(duì)分子質(zhì)量及其分子構(gòu)型的確定_第1頁
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文檔簡介

1、本科學(xué)生綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)報(bào)告實(shí)驗(yàn)課程基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)(川)-物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目粘度法測定聚乙烯醇的相對(duì)分子質(zhì)量及其分子 構(gòu)型的確定專業(yè)班級(jí)學(xué)號(hào)姓名 指導(dǎo)教師、實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)序號(hào)1實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目粘度法測定高聚物的相對(duì)分子質(zhì)量實(shí)驗(yàn)時(shí)間5月29日實(shí)驗(yàn)室生化樓413小組成員汪培琳、鄧穎1實(shí)驗(yàn)?zāi)康臏y定聚乙烯醇的相對(duì)平均分子質(zhì)量;掌握用烏氏粘度計(jì)測定溶液粘度的原理和方法。2 實(shí)驗(yàn)原理單體分子經(jīng)過加聚或縮聚反應(yīng)后后形成高聚物。由于其分子鏈長度遠(yuǎn)大于溶劑分子,在液體分子流動(dòng)或相對(duì)流動(dòng)時(shí)有內(nèi)摩擦阻力,宏觀表現(xiàn)為粘度 ,這種流動(dòng)過程中的內(nèi)摩擦主要有:純?nèi)軇┓肿娱g的內(nèi)摩擦,記作 n;高聚物分子與溶 劑分子間的內(nèi)摩擦;以

2、及高聚物分子間的內(nèi)摩擦。這三種內(nèi)摩擦的總和稱為高聚物溶液的粘度,記作 n實(shí)踐證明,在 相同溫度下n > n,為了比較這兩種粘度,弓I入增比粘度的概念,以 卯表示:np = (n n)/ n = n/0 1 = n 1式中,n稱為相對(duì)粘度,反映的仍是整個(gè)溶液的粘度行為,而訶則是扣除了溶劑分子間的內(nèi)摩擦以后僅僅是純?nèi)軇┡c高聚物分子間以及高聚物分子間的內(nèi)摩擦之和。高聚物溶液的 np往往隨質(zhì)量濃度 C的增加而增加。為了便于比較,定義單位濃度的增比粘度np/C為比濃粘度,定義In n/C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)比濃粘度趨近于一個(gè)極限值,

3、即:sp lim c 0 cIn r lim 匚式中n主要反映了無限稀釋溶液中高聚物分子與溶劑分子之間的內(nèi)摩擦作用,稱為特性粘度,可以作為高聚物摩爾質(zhì)量的度量。由于np與n均是無因次量,所以n的單位是濃度 C單位的倒數(shù)。n的值取決于溶劑的性質(zhì)及高聚物分子的大 小和形態(tài),可通過實(shí)驗(yàn)求得。因?yàn)楦鶕?jù)實(shí)驗(yàn),在足夠稀的高聚物溶液中有如下經(jīng)驗(yàn)公式:spC2In rc2c式中,k和B分別稱為Huggins和Kramer常數(shù),這是兩根直線方程,因此我們獲 得n的方法如圖2-30-2所示:一種方法是以np/c對(duì)C作圖,外推到 CT0的截距值;另一種是以ln n/C對(duì)C作圖,也外推到CT0的截距值,兩根線應(yīng)會(huì)合于

4、一 點(diǎn),這也可校核實(shí)驗(yàn)的可靠性。由于試驗(yàn)中存在一定誤差,交點(diǎn)可能在前,也可能在后,也有可能兩者不相交,出現(xiàn)這種情況,就以nP/C對(duì)C作圖求出特性粘度n。44實(shí)驗(yàn)步驟順序操作1粘度計(jì)的洗滌先用熱洗液(經(jīng)砂心漏斗過濾)將粘度計(jì)浸泡,再用丙酮、自來水、 蒸餾水分別沖洗幾次,每次都要注意反復(fù)流洗毛細(xì)管部分,洗好后 烘干備用2配制聚乙烯醇溶液準(zhǔn)確稱量1g左右聚乙烯醇固體,放入燒杯中,再加入60mL左右蒸 餾水使其溶解,可適當(dāng)加熱以加速溶解,待聚乙烯醇固體完全溶解 后,將溶液(溶液冷卻后)轉(zhuǎn)入100mL容量瓶中定容3溶劑流出時(shí)間的to測定使C管不通氣。用洗耳球在 B管的上端吸氣,將水從 F球經(jīng)D球、 毛細(xì)

5、管、E球抽至G球2/3處;松開C管上夾子,使其通氣,此時(shí) D球內(nèi)溶液回入F球,使毛細(xì)管以上的液體懸空;毛細(xì)管以上的液 體下落,當(dāng)凹液面最低處流經(jīng)刻度 a線時(shí),立刻按下秒表開始記時(shí), 至b處則停止記時(shí)。記下液體流經(jīng)a、b之間所需的時(shí)間。 復(fù)測定三 次,偏差小于0.3s取其平均值,即為to值4溶液流出時(shí)間的測定烘干粘度計(jì),用移液管吸已預(yù)先恒溫好的溶液10mL,由A管注入粘度計(jì)內(nèi),于25C水中恒溫2分鐘,測定流出時(shí)間三次,取均值。向粘度計(jì)中依次加入10.00 mL蒸餾水,稀釋成原來濃度的 1/2,1/3.1/4,1/5,用上述方法分別測量不冋濃度的t值。每次稀釋后用洗耳球?qū)⒁后w混勻,并多次抽洗粘度的

6、 E球和G球以及毛細(xì)管部分。5清洗儀器清洗粘度計(jì)3次,用純水注滿粘度計(jì),實(shí)驗(yàn)完畢。6用高碘鉀酸降解PVA在剩余的聚乙烯醇溶液 (約60ml)中加入0.25至0.3g的咼碘鉀酸,搖勻,靜置一周以備實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目2【注意事項(xiàng)】黏度計(jì)的拿法,拿A管。高聚物在溶劑中溶解緩慢,配制溶液時(shí)必須保證其完全溶解,否則回影響溶液起始濃度,而導(dǎo)致結(jié)果偏低。所用移液管和燒杯必須潔凈;粘度計(jì)必須潔凈,高聚物溶液中若有絮狀物不能將它移入粘度計(jì)中?;旌先芤簳r(shí)注意不要將溶液從吹出。消泡用正丁醇,加入一滴或幾滴即可。本實(shí)驗(yàn)溶液的稀釋是直接在粘度計(jì)中進(jìn)行的,因此每加入一次溶劑進(jìn)行稀釋時(shí)必須混合均勻,并抽洗E球和G球。實(shí)驗(yàn)過程中恒溫槽

7、的溫度要恒定,溶液每次稀釋恒溫后才能測量。粘度計(jì)要垂直放置,實(shí)驗(yàn)過程中不要振動(dòng)粘度計(jì),否則影響結(jié)果的準(zhǔn)確性。黏度計(jì)一定要洗干凈,可用丙酮洗滌,以備下組使用。5.實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄與處理(1)降解前聚乙烯醇的黏度測定數(shù)據(jù)表室溫:25 C 大氣壓:101.25KPa C o=0.0208g/ml項(xiàng)目流出時(shí)間/sn rn spCn sp /CInn rInn /C測量值平均值123溶劑414242t0=42100000溶 液C378380381t1 =3809.048.040.516.082.204.40C,=1/2908587t2=872.071.070.333.210.732.21C,=1/36463

8、63t3=631.500.500.252.000.411.64C 1/4575659t4=571.350.350.201.750.301.5(2)降解后聚乙烯醇的黏度測定數(shù)據(jù)表室溫:27 T大氣壓:101.25KPa C o=0.0208g/ml項(xiàng)目流出時(shí)間/sn rn spCn sp / CInn rIn n r/C測量值平均值123溶劑313131t0=31100000溶液C414241t1=411.320.320.670.480.280.42C =1/2383839t2=381.230.230.500.460.210.42C =1/3363737t3=371.190.190.400.47

9、0.170.42C =1/4353535t4=351.130.130.330.390.120.36C =1/5353434t5=341.100.100.290.350.100.34(3)文獻(xiàn)值聚乙烯醇的水溶液在 25T 時(shí),a=0.76 , K=0.02;在 30C 時(shí),a=0.64 , K=0.0666;M 為 74800-79200.6.參考文獻(xiàn)教師對(duì)實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)的意見簽名:值介于0.51之間。在一定溫度和溶劑條件下,特性粘度n和高聚物摩爾質(zhì)量 M之間的關(guān)系通常用帶有兩個(gè)參數(shù)的Mark-Houwink經(jīng)驗(yàn)方程式來表示:K M式中M為粘均分子量;K為比例常數(shù);a是與分子形狀有關(guān)的經(jīng)驗(yàn)參數(shù)。K

10、和a值與溫度、聚合物、溶劑性質(zhì)有關(guān),也和分子量大小有關(guān)。K值受溫度的影響較明顯,而a值主要取決于高分子線團(tuán)在某溫度下,某溶劑中舒展的程度,其數(shù)K與a的數(shù)值可通過其它絕對(duì)方法確定,例如滲透壓法、光散射法等,從粘度法只能測定得由上述可以看出高聚物摩爾質(zhì)量的測定最后歸結(jié)為特性粘度n的測定。本實(shí)驗(yàn)采用毛細(xì)管法測定粘度,通過測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。所使用 的烏氏粘度計(jì)如圖2-30-3所示,當(dāng)液體在重力作用下流經(jīng)毛細(xì)管時(shí),其遵守泊肅葉(Poiseuille)定律:hgr4tV m8VL 8 Lt式中,n為液體的粘度;p為液體的密度;L為毛細(xì)管的長度;r為毛細(xì)管的半徑;t

11、為V體積 液體的流出時(shí)間;h為流過毛細(xì)管液體的平均液柱高度;V為流經(jīng)毛細(xì)管的液體體積; m為毛細(xì)管末端校正的參數(shù)(一般在r/L1時(shí),可以取m=1)。對(duì)于某一只指定的粘度計(jì)而言,式中許多參數(shù)是一定的,因此可以改寫成:At式中,Bv 1,當(dāng)流出的時(shí)間t在2min左右(大于100s),該項(xiàng)(亦稱動(dòng)能校正項(xiàng))可以忽略即,Ap t又因通常測定是在稀溶液中進(jìn)行(C v 1X 10-2g cm-3),溶液的密度和溶劑的密度近似相等,3因此可將n寫成r0 t0式中,t為測定溶液粘度時(shí)液面從a刻度流至b刻度的時(shí)間;t0為純?nèi)軇┝鬟^的時(shí)間。所以通過測定溶劑和溶液在毛細(xì)管中的流出時(shí)間,從(12)式求得n,再由圖2-

12、30-2求得n3.儀器與試劑儀器:烏式黏度計(jì)1支;玻璃恒溫水浴1套;吸耳球1個(gè);移液管(10mL和15mL)各1只;燒杯(100mL) 1只;吸瓶1 個(gè);止水夾1個(gè);橡皮管(約5cm長)2根;鐵夾臺(tái)包括鐵夾 1個(gè)。試劑:聚乙烯醇,正丁醇實(shí)驗(yàn)序號(hào)2 實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目粘度法測定聚乙烯醇的相對(duì)分子質(zhì)量及其分子構(gòu)型的確定實(shí)驗(yàn)時(shí)間6月5日實(shí)驗(yàn)室生化樓413小組成員汪培琳1.實(shí)驗(yàn)?zāi)康囊跃垡宜嵋蚁樵现苽渚垡蚁┐?。用烏氏粘度?jì)測定自制PVA被高碘酸鹽降解前后的黏均相對(duì)分子質(zhì)量。計(jì)算PVA分子鏈中“頭碰頭”鍵合方式的比率2.實(shí)驗(yàn)原理1.聚乙烯醇的制備原理聚乙烯醇不能直接通過烯類單體聚合得到,而是經(jīng)過聚乙酸乙烯酯(

13、PVAc)的高分子反應(yīng)獲得的。因?yàn)榇冀獗人庵频玫漠a(chǎn)品性能好,因而多采用醇解法。PVAc在NaOH/CH3OH溶液中的醇解主要反應(yīng)為:CH2 CH OCOCH3+ CH3OH CH2CHOH + CH3COOCH3以NaOH作為催化劑。2高分子的測定原理參見實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目13.PVA分子鏈中鍵合形式的測定原理在聚乙烯醇中,一個(gè)“頭碰頭”的鍵合是一個(gè)1,2-乙二醇結(jié)構(gòu),而乙二醇能被咼碘酸鹽分解。通過黏度法來測定被高碘酸鉀處理前后兩種物質(zhì)的分子量,從而求出“頭碰頭”的鍵合方式的概率。因?yàn)椤邦^碰頭”的鍵合方式的概率二分子數(shù)的增加數(shù)目/體系中總的單體數(shù)目因?yàn)榉肿訑?shù)的增加數(shù)目和體系中總的單體數(shù)目與摩爾質(zhì)量成反

14、比,所以 = (1/Mn -1/Mn) /(1 /Mo)。上式中,Mn'和Mn分別為降解前后的平均分子摩爾質(zhì)量,Mo為單體的摩爾質(zhì)量,Mo = 44g/mol,所以 = 44 (1/Mn-1/Mn)。因?yàn)榫垡蚁┐际且粋€(gè)多分散性的高聚物,所以不能用實(shí)驗(yàn)所測得的Mv直接代入上述公式,所以公式需改寫成 = 88.08 (1/Mv -1/Mv)通過該條公式就可以用實(shí)驗(yàn)所測得的平均黏均分子量計(jì)算聚乙烯醇的“頭碰頭”的鍵合方式的 概率3.儀器與試劑儀器;烏式黏度計(jì)1支;玻璃恒溫水浴1套;吸耳球1個(gè);移液管(10mL和15mL)各1只;燒杯(100mL) 1只;吸瓶1個(gè);止水夾1個(gè);橡皮管(約5cm長)2根;鐵夾臺(tái)包括鐵夾1個(gè)。試劑:正丁醇,高碘酸鉀,氫氧化鈉,聚醋酸乙烯酯,甲醇,石油醚4實(shí)驗(yàn)步驟順序步驟操作1降解后PVA溶液流出時(shí)間的測定利用移液管將10 mL的溶液加到粘度計(jì)中;通過膠管用 洗耳球吸取溶液到基準(zhǔn)刻度,釋放,并開始計(jì)時(shí),記錄 溶液流出的時(shí)間,用一組試液,操作 23次;再依次 加入5ml的蒸餾水,把溶液稀釋到原溶液的 2 /3、1 /2、 2 /5、1 /3并測定流出時(shí)間,每次操作 23次。2清理儀器實(shí)驗(yàn)完畢,黏度計(jì)應(yīng)洗凈,然后用潔凈的蒸餾水浸泡【注意

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