粘度法測(cè)定高聚物分子量

1、蘇州科技學(xué)院蘇州科技學(xué)院化學(xué)與生物工程學(xué)院化學(xué)與生物工程學(xué)院化學(xué)化工實(shí)驗(yàn)中心化學(xué)化工實(shí)驗(yàn)中心 1.測(cè)定線型高聚物聚乙烯醇的相對(duì)分子質(zhì)量的平均值； 2.掌握測(cè)量原理和使用烏氏粘度計(jì)測(cè)定粘度的方法。 相對(duì)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(duì)分子質(zhì)量是一個(gè)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(duì)分子質(zhì)量大小不一，其摩爾質(zhì)量常在103107之間，通常所測(cè)的高聚物摩爾質(zhì)量是一個(gè)統(tǒng)計(jì)平均值。 測(cè)定高聚物相對(duì)分子質(zhì)量的方法很多，其中以粘度法最常用。因?yàn)檎扯确ㄔO(shè)備簡(jiǎn)單、操作方便、適用范圍廣（分子量104107）、有相當(dāng)

2、好的精確度。 測(cè)定粘度的方法主要有：毛細(xì)管法（測(cè)定液體在毛細(xì)管里的流出時(shí)間）；落球法（測(cè)定圓球在液體里下落速度）；旋筒法（測(cè)定液體與同心軸圓柱體相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)的情況）等，而測(cè)定高聚物溶液的粘度以毛細(xì)管法最方便，本實(shí)驗(yàn)采用烏氏粘度計(jì)測(cè)量高聚物稀溶液的粘度。 但粘度法不是測(cè)定相對(duì)分子質(zhì)量的絕對(duì)方法，因?yàn)樵诖朔ㄖ兴玫恼扯扰c相對(duì)分子質(zhì)量的經(jīng)驗(yàn)公式要用其他方法來(lái)確定。因高聚物、溶劑、相對(duì)分子質(zhì)量范圍、溫度等不同，就有不同的經(jīng)驗(yàn)公式。 高聚物在稀溶液中的粘度是它在流動(dòng)過(guò)程所存在的內(nèi)摩擦的反映，這種流動(dòng)過(guò)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?，?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(shí)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?jǐn)?shù)叫增比粘度 式中： 稱為相對(duì)粘度，它指明溶液粘度對(duì)溶劑粘度的相對(duì)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(yīng)。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(dāng)?shù)?dāng)C0，也就是溶液無(wú)限稀時(shí)， 有一極限值，即：spCspCspCsplim0CSPC 稱為特性粘度，它主要反映無(wú)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(wú)限稀溶液中，高聚物分子相距較遠(yuǎn)，它們之間的相互作用可忽略不計(jì)。根據(jù)實(shí)驗(yàn)，在足夠稀的溶液中有：CkCsp2CCr2lnCCspCCrlnCCrspln或0 C g/100ml 當(dāng)高聚物、溶劑、溫度等確定以后，值只與高聚物的相對(duì)分子質(zhì)量M有關(guān)。目前常用半經(jīng)驗(yàn)的麥克非線性方程來(lái)求得：KM式中：M-高聚物相對(duì)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(yàn)參數(shù)。v當(dāng)液體在毛細(xì)管粘度計(jì)內(nèi)因重力作用而流出時(shí)遵守泊塞勒（Poiseuille)定律：ltVmlVtghr884式中：為液體的密度；l為毛細(xì)管長(zhǎng)度；r為毛細(xì)管半徑； t為流出時(shí)間；h為流經(jīng)毛細(xì)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(xì)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(shí)，可取m=1。式中100s時(shí)，等式右邊第二項(xiàng)可以忽略。溶液很稀時(shí)0。這樣，通過(guò)測(cè)定溶液和溶劑的流出時(shí)間t和t0，就可求00ttr對(duì)某一指定的粘度計(jì)而言，令 ， ，則上式可寫為：lmV8lvghr84tt1. 烏氏粘度計(jì)；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(jì)玻璃溫度計(jì)接觸溫度計(jì)接觸溫度計(jì)電動(dòng)攪拌器電動(dòng)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(jì)清

6、粘度計(jì)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(jì)烏氏粘度計(jì)測(cè)定粘度測(cè)定粘度記錄時(shí)間記錄時(shí)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(xì)管中流下的情況。v用電風(fēng)吹吹干烏氏粘度計(jì)，關(guān)鍵是毛細(xì)管內(nèi)的水份。v在測(cè)定蒸餾水（純?nèi)軇r(shí)，可以不吹干。實(shí)驗(yàn)步驟實(shí)驗(yàn)步驟v調(diào)節(jié)接觸溫度計(jì)至25或30（以玻璃溫度計(jì)上的溫度為準(zhǔn)）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(cè)定蒸餾水的粘度。v把烏氏粘度計(jì)固定在鐵架上，放入恒溫槽中，恒溫水浸沒(méi)至粘度計(jì)的a線以上。從恒溫槽中的容量瓶?jī)?nèi)吸取

7、10ml蒸餾水，從烏氏粘度計(jì)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(dāng)溶液降至a線時(shí)，即按下秒表記時(shí)，至溶液降至b線時(shí)，按下秒表結(jié)束實(shí)驗(yàn)。v重復(fù)測(cè)定三次，每二次間的時(shí)間相差不得超過(guò).2秒，否則重測(cè)。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(jì)A管注入，按住C管，用吸耳球由B管口反復(fù)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(dāng)溶液降至a線時(shí)，即按下秒表記時(shí)，至溶液降至b線時(shí)，按下秒表結(jié)束實(shí)驗(yàn)。v重復(fù)測(cè)定三次，每二次間的時(shí)間相差不得超過(guò)0

8、.2秒，否則重測(cè)。v測(cè)定完上述溶液后，用移液管吸取恒溫槽中的容量瓶?jī)?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(fù)壓吸溶液，使混合均勻。v測(cè)定方法如上。v再依次加蒸餾水10ml、10ml。1.計(jì)算 ；2.作 圖； 3.確定 值；4.計(jì)算聚乙烯醇相對(duì)分子質(zhì)量；5.文獻(xiàn)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) 異常現(xiàn)象異?，F(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(zhǔn)關(guān)系線為準(zhǔn)CCspCCspKMKM其中：25 時(shí)，K=2.0010

9、-2cm3g -1， =0.76 溫度對(duì)溫度對(duì)PVAPVA溶液粘度的影響溶液粘度的影響編編號(hào)號(hào)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(shí)測(cè)值為M=計(jì)算實(shí)驗(yàn)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(dāng)溶液濃度超過(guò)一定限度時(shí)，高聚物溶液的sp/CC、lnr/CC的關(guān)系不成線性。因此測(cè)定時(shí)要求最濃溶液和最稀溶液與溶劑的相對(duì)粘度r在在2.02.01.21.2之間之間； 2.溫度波動(dòng)

10、直接影響溶液粘度的測(cè)定，國(guó)家規(guī)定用粘度計(jì)測(cè)定相對(duì)分子質(zhì)量的恒溫槽的溫度波動(dòng)為0.05；3.毛細(xì)管粘度計(jì)的選擇，即毛細(xì)管的直徑、長(zhǎng)度以及球體積的選擇，應(yīng)根據(jù)所用溶劑的粘度而定，使溶劑流出時(shí)間在100s以上；4. 在特性粘度測(cè)定過(guò)程中，有時(shí)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(shí)，以sp/CC曲線且由截距求值； 1.在烏氏粘度計(jì)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(gè)量各反映了什么內(nèi)摩擦作用？ 3.試舉例說(shuō)明影響粘度測(cè)定的因素？粘度計(jì)毛細(xì)管的粗細(xì)有何影響？