粘度法測定高聚物的分子量

粘度法測定高聚物的分子量第一頁，共十八頁，編輯于2023年，星期三一.目的要求

1.測定聚丙烯酰胺或聚乙烯醇的粘均分子量

2.掌握用烏貝路德(Ubbelohde)粘度計(jì)測定粘度的方法第二頁，共十八頁，編輯于2023年，星期三2.基本原理

分子量是表征化合物特性的基本參數(shù)之一。但高聚物分子量大小不一，參差不齊，一般在103～107之間，所以通常所測高聚物的分子量是平均分子量。測定高聚分子量的方法很多，對線型高聚物，各方法適用的范圍如下:測量方法高聚物分子量范圍端基分析<3×104沸點(diǎn)升高、凝固點(diǎn)降低、等溫蒸餾<3×104滲透壓104～106光散射104～107超離心沉降及擴(kuò)散104～107粘度法104～107第三頁，共十八頁，編輯于2023年，星期三粘度法設(shè)備簡單，操作方便，有相當(dāng)好的實(shí)驗(yàn)精度，但粘度法不是測分子量的絕對方法，因?yàn)榇朔ㄖ兴玫奶匦哉扯扰c分子量的經(jīng)驗(yàn)方程是要用其它方法來確定的，高聚物不同，溶劑不同，分子量范圍不同，就要用不同的經(jīng)驗(yàn)方程式。高聚物在稀溶液中的粘度，主要反映了液體在流動(dòng)時(shí)存在著內(nèi)摩擦。在測高聚物溶液粘度求分子量時(shí)，常用到下表中的一些名詞。第四頁，共十八頁，編輯于2023年，星期三反映高分子與溶劑分子之間的內(nèi)摩擦名詞與符號(hào)物理意義純?nèi)軇┱扯圈?溶劑分子與溶劑分子間的內(nèi)摩擦表現(xiàn)出來的粘度溶液粘度η溶劑分子與溶劑分子之間、高分子與高分子之間和高分子與溶劑分子之間，三者內(nèi)摩擦的綜合表現(xiàn)相對粘度ηr

ηr

=η/η0溶液粘度對溶劑粘度的相對值增比粘度ηsp

ηsp

=

(η-η0)/η0

=η/η0-1

=ηr-1高分子與高分子之間，純?nèi)軇┡c高分子之間的內(nèi)摩擦效應(yīng)比濃粘度ηsp/C單位濃度下所顯示出的粘度特性粘度［η］

第五頁，共十八頁，編輯于2023年，星期三如果高聚物分子的分子量愈大，則它與溶劑間的接觸表面也愈大，摩擦就大，表現(xiàn)出的特粘度也大。特性粘度和分子量之間的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式為:K與α的數(shù)值可通過其它絕對方法確定，例如滲透壓法、光散射法等，從粘度法只能測定得［η］。在無限稀釋條件下：第六頁，共十八頁，編輯于2023年，星期三因此我們獲得［η］的方法有二種:一種是以ηsp/C對C作圖，外推到C→0的截距值;另一種是以lnηr/C對C作圖，也外推到C→0的截距值，如右圖所示，兩根線應(yīng)會(huì)合于一點(diǎn)，這也可校核實(shí)驗(yàn)的可靠性。一般這兩條直線的方程表達(dá)式為下列形式:第七頁，共十八頁，編輯于2023年，星期三

測定粘度的方法主要有毛細(xì)管法、轉(zhuǎn)筒法和落球法。在測定高聚物分子的特性粘度時(shí)，以毛細(xì)管流出法的粘度計(jì)最為方便。若液體在毛細(xì)管粘度計(jì)中，因重力作用流出時(shí)，可通過泊肅葉(Poiseuille)公式計(jì)算粘度。式中，η為液體的粘度；ρ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為流出的時(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/L<<1時(shí)，可以取m=1)。

第八頁，共十八頁，編輯于2023年，星期三通常測定是在稀溶液中進(jìn)行(C<1×10-2g·cm-3)，所以溶液的密度和溶劑的密度近似相等，因此可將ηr寫成:

式中，t為溶液的流出時(shí)間;t0為純?nèi)軇┑牧鞒鰰r(shí)間。所以通過溶劑和溶液在毛細(xì)管中的流出時(shí)間，從而求得ηr，由下式計(jì)算出ηsp。再由作圖法求得［η］。ηsp=(η-η0)/η0=η/η0-1=ηr-1可見，通過測量不同濃度的溶液通過粘度計(jì)的時(shí)間，與溶劑通過的時(shí)間比較，得到不同濃度下的的相對粘度ηr值，再計(jì)算得增比粘度ηsp。作圖求得特性粘度［η］，即可計(jì)算得到粘均分子量。第九頁，共十八頁，編輯于2023年，星期三三、儀器和試劑

1.儀器：恒溫槽1套;烏貝路德粘度計(jì)1只;

停表1只;

洗耳球1只;移液管;

螺旋夾１只;

橡皮管(約5cm長)2根。2.藥品：聚乙烯醇第十頁，共十八頁，編輯于2023年，星期三四、裝置圖第十一頁，共十八頁，編輯于2023年，星期三五、實(shí)驗(yàn)步驟1.調(diào)節(jié)恒溫槽溫度至(30.0±0.1)℃，在粘度計(jì)的B管和C管上都套上橡皮管，然后將其垂直放入恒溫槽，使水面完全浸沒１球。

2.溶液流出時(shí)間t的測定用移液管從Ａ管加入1.00g/L的聚乙烯醇水溶液15ml。恒溫15分鐘，用彈簧夾夾住C管上的橡皮管，用洗耳球從B管將溶液緩慢吸至1球，放開C管，讓溶液自由下落，當(dāng)液面通過刻度線a時(shí)，打開秒表開始計(jì)時(shí)；當(dāng)液面通過刻度線b時(shí)，按停秒表。這就是溶液1的流出時(shí)間t1。重復(fù)三次，三次的最大偏差應(yīng)小于0.3s。用移液管分別由A管加入5ml、5ml、10ml、10ml的蒸餾水，使溶液的濃度分別為C2、C3、C4、C5，每次稀釋，均要封閉Ｃ管，并用洗耳球從Ｂ管口多次吸溶液至１球，以洗滌Ｂ管并使溶液均勻混合。恒溫10分鐘后，分別測量溶液的流出時(shí)間t2、t3、t4、t5。

第十二頁，共十八頁，編輯于2023年，星期三

3.溶劑流出時(shí)間t0的測定

將粘度計(jì)洗凈，先用自來水、再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，洗好后備用。移取15ml蒸餾水，由Ａ管注入粘度計(jì)中內(nèi)，恒溫15min。用橡膠管封閉Ｃ管口，用洗耳球從Ｂ管吸溶劑使溶劑上升至球１。然后同時(shí)松開Ｃ管和Ｂ管，使Ｂ管溶劑在重力作用下流經(jīng)毛細(xì)管。記錄溶劑液面通過a標(biāo)線到b標(biāo)線所用時(shí)間，重復(fù)三次，任意兩次時(shí)間相關(guān)小于0.3s。

第十三頁，共十八頁，編輯于2023年，星期三六.數(shù)據(jù)記錄與處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄室溫：

℃大氣壓力：

pa

1.將所測的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及計(jì)算結(jié)果填入下表中。原始溶液濃度C0(g/ml)

；恒溫溫度

℃；

t0=

s第十四頁，共十八頁，編輯于2023年，星期三C(g·cm-3)t1/st2/st3/st平均/sηrlnηrηSPηSP/Clnηr/CC1=C0０

０

０

０

０

０

０

０

０

C2=０

０

０

０

０

０

０

０

０

C3=０

０

０

０

０

０

０

０

０

C4=０

０

０

０

０

０

０

０

０

C5=０

０

０

０

０

０

０

０

０

純?nèi)軇〤0

/////

第十五頁，共十八頁，編輯于2023年，星期三2.作ηSP/C—C及l(fā)nηr/C—C圖，并外推到C→0由截距求出［η］。3.由公式(1)計(jì)算聚丙烯酰胺的粘均分子量，K，α值查閱相關(guān)附表。第十六頁，共十八頁，編輯于2023年，星期三七.思考與討論

1.烏貝路德粘度計(jì)中支管C有何作用？除去支管C是否可測定粘度?2.粘度計(jì)的毛管太粗或太細(xì)有什么缺點(diǎn)?3.為什么用［