粘度法測定高分子分子量

粘度法測定高聚物的摩爾質(zhì)量（6學(xué)時）綜合性實驗教學(xué)及實驗內(nèi)容：基本要求：掌握用烏式粘度計測定高聚物摩爾質(zhì)量的原理和方法，理解特性粘度、增比粘度等概念，熟悉玻璃恒溫槽水浴溫度的調(diào)節(jié)與控制。重點：掌握烏氏粘度計的正確使用方法以及粘度法測定高聚物摩爾質(zhì)量的基本原理和方法，熟練掌握玻璃恒溫槽水浴溫度的調(diào)節(jié)與控制。難點：粘度法測定高聚物粘均摩爾質(zhì)量的原理。實驗 粘度法測定高聚物的摩爾質(zhì)量（6學(xué)時）一、 實驗?zāi)康?、 了解粘度法測定高聚物摩爾質(zhì)量的基本原理和方法。2、 掌握用烏氏粘度計測定高聚物溶液粘度的原理和方法。二、 實驗原理高聚物摩爾質(zhì)量不僅反映了高聚物分子的大小，而且直接關(guān)系到它的物理性能，是個重要的基本參數(shù)。與一般的無機物或低分子的有機物不同，高聚物分子是一類特殊的大分子，同一高聚物溶液中，由于分子的聚合度不同，每個高聚物分子的大小并非都相同，致使高聚物的摩爾質(zhì)量大小不一，且沒有一個確定的值，常采用高聚物分子的平均相對摩爾質(zhì)量來反映高分子的某些特征。摩爾質(zhì)量的表示方法也有多種，如數(shù)均摩爾質(zhì)量、重均摩爾質(zhì)量、黏均摩爾質(zhì)量、Z均摩爾質(zhì)量等?？梢酝ㄟ^不同的方法測定，不同方法所得也有所不同。比較起來，粘度法設(shè)備簡單，操作方便，適用范圍廣（分子量104?107）,并有很好的實驗精度，是常用的方法之一。用此法求得的摩爾質(zhì)量稱為粘均摩爾質(zhì)量。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。其中溶劑分子之間的內(nèi)摩擦又稱為純?nèi)軇┑恼扯龋远?。表示；三種內(nèi)摩擦的總和稱為高聚物分子間的內(nèi)摩擦，以耳表示。在相同溫度下，通常高聚物溶液的粘度大于純?nèi)軇┱扯取Ｕ扯仍黾拥姆謹?shù)叫增比粘度，以耳表示:sp(1)n-n

n= o=n-1(1)sp n r0式中，n稱為相對粘度，定義為溶液粘度與純?nèi)軇┱扯鹊谋戎担磖

耳反映的也是粘度行為，而耳則表示已扣除了溶劑分子間的內(nèi)摩擦效應(yīng)。TOC\o"1-5"\h\zr sp高聚物的增比粘度耳往往隨濃度c(g/100mL)的增加而增加。為了便于比較，將單位sp一 . 加耳濃度所顯示的增比粘度"c稱為比濃粘度，而—L稱為比濃對數(shù)粘度。在足夠稀的咼聚sp c物溶液里，nc與c、 -與c之間分別符合下述直線關(guān)系式::c=n:c=ni+Klqlc(3)(4)(3)(4)sp\o"CurrentDocument"」 加n 小式中K和0為常數(shù)。通過n/c對c、 宀對c作圖，外推至cT0時所得的截距即為［"］。sp' c切稱為特性粘度，它反映的是高分子與溶劑分子之間的內(nèi)摩擦，其數(shù)值取決于溶劑的性質(zhì)以及高聚物分子的大小和形態(tài)。顯然，對于同一高聚物，由上面兩個線性方程作圖外推所得截距應(yīng)交于同一點，如圖-1所示。這也可校核實驗的可靠性。由于實驗中存在一定誤差，交點可能在前，也可能在后，也有可能兩者不相交，出現(xiàn)這種情況，就以！：c對c作圖求sp'出特性粘度［"］。當咼聚物、溶劑、溫度等確定以后，［“］值只與咼聚物的相對摩爾質(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：In］=kMa (5)式中，M是粘均摩爾質(zhì)量；k為比例系數(shù)，a是與高聚物在溶液中的形態(tài)有關(guān)的經(jīng)驗參數(shù)。對聚乙二醇：25°C時,K=2.00X10-4，a=0.76；30°C時,K=6.66X10-4,a=0.64；35°C時，K=16.6X10-4,a=0.64。由此可見，用粘度法測定高聚物摩爾質(zhì)量，關(guān)鍵在于［"］的求得。當液體在重力作用下流經(jīng)毛細管時，遵守泊塞勒定律：兀r4pt兀h兀r4pt兀hpgr418Vl8Vlt是體積為V的液體流經(jīng)毛細管的時間；l為毛細管的長度。用同一支粘度計在相同條件下測定兩種液體的粘度時，它們的粘度之比就等于密度與流出時間之比(7)n Pt(7)片=n pt222如果用已知粘度為.的液體作為參考液體，則待測液體的粘廁2可通過上式求得。在測定溶液和溶劑的相對粘度時，如果是稀溶液（c<1x10kg-m-3），溶液的密度與溶劑的密度可近似地看作相同，則相對粘度可以表示為:(8)式中」、耳0為溶液和純?nèi)軇┑恼扯?；用to分別為溶液和純?nèi)軇┑牧鞒鰰r間。In耳r。作cnInn對c的關(guān)系圖，外推至cT0時即可得In耳r。作cnInn對c的關(guān)系圖，外推至cT0時即可得［n，在已知k、Q值條件下，可由式（5）計算出高聚物的相對摩爾質(zhì)量。三、 主要儀器與試劑儀器：HH-501型超級恒溫水?。〝?shù)顯）1臺，烏氏粘度計1支，電子秒表1塊（0.1s），10ml移液管2支，100ml容量瓶1個，吸耳球1個試劑：聚乙二醇（AR）,正丁醇（AR）四、 實驗步驟1、 調(diào)節(jié)恒溫水浴溫度至25°C±0.05°C。2、 稱取聚乙二醇0.5g，用100mL容量瓶配成c°=0.5g/100mL聚乙二醇原始水溶液，并加入1-2滴正丁醇。將配制好的聚乙二醇溶液和溶劑（蒸餾水）放入恒溫水浴恒溫。3、 將粘度計洗凈烘干，垂直放置烏氏粘度計（見圖-2）,使G球完全浸入在恒溫水中，放置位置要合適，便于觀察液體流動情況。圖-2圖-2烏氏粘度計示意圖4、 用移液管準確取已恒溫好的蒸餾水自A管注入粘度計中，將C管上的橡皮管用夾子夾緊使之不通氣，在B管上接冼耳球慢慢抽氣，將溶液從F球經(jīng)D球、毛細管、E球抽至G球一半左右停止抽氣，打開C管上的夾子讓C管通大氣，此時D球內(nèi)的溶液即回入F球，使毛細管以上的液體懸空，毛細管內(nèi)液體同D球分開。毛細管以上的液體下落，用秒表測定液面由刻度a移動至刻度b所需時間即為t0，重復(fù)測定三次，每次相差不超過0.2秒，取平均值。如果時間相差過大，應(yīng)檢查毛細管有無堵塞現(xiàn)象，察看恒溫水浴溫度是否恒定良好。5、 測完純?nèi)軇﹖0后，取出粘度計，倒出溶劑，烘干。再用移液管注入已恒溫好的濃度c0=0.5g/100mL聚乙二醇原始溶液10mL。用上述方法測定流出時間t三次，每次相差不超過0.2秒，求出平均值；然后加入5mL蒸餾水，用冼耳球?qū)⑷芤悍磸?fù)抽吸至G球內(nèi)幾次，使混合均勻，溶液濃度得以稀釋，再測定流出的時間。同理依次加入5mL、10mL、10mL蒸餾水進行稀釋，測定溶液流出的時間。（如果最后一次溶液太多混勻后可倒出一部分）。6、 實驗結(jié)束后，將溶液倒入瓶內(nèi)，用蒸餾水仔細冼凈粘度計，放置烘箱烘干，備用。六、實驗數(shù)據(jù)記錄與處理1、數(shù)據(jù)記錄表-1流出時間記錄表 恒溫槽溫度： 流出時間t/s樣品t1t2t3t平均蒸餾水聚乙二醇原始溶液+5mL蒸餾水+5mL蒸餾水+10mL蒸餾水+10mL蒸餾水2、數(shù)據(jù)處理1） 計算不同濃度聚乙二醇溶液的增比粘度nSP和相對粘度nr。2） 作耳/c?c及In耳/c~C圖，并外推到c一0求得截距即得［"］。這一過程可以用計算機sp r處理完成。在對實驗數(shù)據(jù)做線性擬合時，可使用Origin軟件。3） 由所用溶劑和溫度條件下的k和a值，計算聚乙二醇的粘均摩爾質(zhì)量。七、注意事項：1、粘度計安裝前必須用洗液和蒸餾水洗凈烘干。注意防止灰塵、纖維、油污等堵塞毛細管。高聚物溶液中若有絮狀物不能將它移入粘度計中。安裝粘度計要垂直，應(yīng)遠離加熱器和攪拌器，測定時恒溫槽攪拌器停止攪拌以防震動。實驗過程中也不要觸動粘度計。2、 消泡用正丁醇，加入一滴或幾滴即可。3、 高聚物在溶劑中溶解緩慢，配制溶液時必須保證其完全溶解，否則會影響溶液起始