實(shí)驗(yàn)六粘度法測定高聚物摩爾質(zhì)量

1、實(shí)驗(yàn)六 粘度法測定高聚物摩爾質(zhì)量一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.掌握用烏氏（ubbelohde）粘度計測定高聚物平均摩爾質(zhì)量的原理和方法；2.測定聚乙烯醇的特性黏度，計算其粘均摩爾質(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)（簡稱

2、粘度）來表示（kg·m-1·s-1）。高聚物溶液的粘度一般要比純?nèi)軇┑恼扯?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sp，即sp=r1，r稱作相對粘度，是溶液粘度與純?nèi)軇┱扯鹊谋戎担磖=高聚物溶液的增比粘度sp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sp /C定為比濃粘度，而1nr/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， 稱為特性粘度，即特性粘度反映的是無限稀釋溶液中高聚

3、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)，表明與高聚物摩爾質(zhì)量有關(guān)。由于r和sp均是無因次量，所以的單位是質(zhì)量濃度C單位的倒數(shù)。在高聚物溶液很稀時，sp/C與C和lnr/C與C分別符合下述經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式：圖6-1外推法求特性粘度圖上兩式中和分別稱為Huggins和Kramer常數(shù)。這是兩直線方程，以sp/C對C或lnr/C對C作圖，外推至C=0時所得截距即為。顯然，對于同一高聚物，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(yàn)方程式來表示

4、：式中是粘均摩爾質(zhì)量，K、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(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30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=6.66×10-2，=0.64。（25時K=2×10-2，=0.76）因此測出了聚乙烯醇水溶液的特性粘度，就可以計算出聚乙烯醇的平均摩爾質(zhì)量。圖6-2 烏氏粘度計本實(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)毛細(xì)管所需時間而獲得溶液的粘度。本實(shí)驗(yàn)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(diǎn)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

5、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：式中： 液體的粘度（kg·m-1·s-1）；r 毛細(xì)管半徑（m）；p 當(dāng)液體流動時在毛細(xì)管兩端間的壓力差（即是液體密度，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）（kg·m-1·s-2）；t V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)管的液體體積（m3）；用同一粘度計,=A,為一常數(shù)，則溶液很稀時，溶液的密度與溶劑的密度可近似地看作相同，則 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r，進(jìn)而算出sp。三、儀器與試劑儀器：恒

6、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(shí)驗(yàn)步驟1. 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，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(shí)驗(yàn)室準(zhǔn)備）。2. 調(diào)節(jié)恒溫水槽至30。在干燥的烏氏粘度計B

7、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。3. 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t1。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

8、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。 4. 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(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

9、連通處，否則影響測定結(jié)果。五、數(shù)據(jù)記錄與處理1按表12-1記錄并計算各種數(shù)據(jù)。溶液量(ml)溶劑量(ml)溶液濃度C1=C2= C1 C2= C1C2= C1C2= C1溶劑流出時間t0流出時間t1t2t3t(平均)r=sp=r-11nr(1nr)/C（sp）/C= =表12-1實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄2.以(1nr)/C及（sp）/C分別對C作圖，作線性外推至C0求。3.取常數(shù)、a值，計算出聚乙烯醇的粘均摩爾質(zhì)量。六、思考題1. 烏氏粘度計中的支管C的作用是什么？2. 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？3. 粘度計為何必須垂直，為什么總體積對粘度測定沒有影響？4. 為什么