粘度法測定高聚物的平均分子量

-PAGE1-重慶大學(xué)實驗報告學(xué)生姓名譚祈超學(xué)號20195405專業(yè)化學(xué)類年級、班級2019級05班課程名稱基礎(chǔ)化學(xué)實驗4-Ⅱ 實驗項目實驗類型：□驗證□設(shè)計綜合實驗時間2021年5月22日實驗指導(dǎo)老師李文坡實驗教室DS2B301【評閱意見】【實驗?zāi)康暮鸵蟆空莆照扯确y定高聚物平均分子量的原理和方法。掌握使用烏貝路德粘度計測定液體粘度的方法?！緦嶒炘砗头桨浮繉嶒炘砀呔畚锏姆肿恿渴潜碚鞲呔畚锢砘阅艿闹匾獏?shù)之一。高聚物是由具有相同的化學(xué)組成而聚合度不等的同系物的混合物組成。因此，高聚物的分子量不均一，具有多分散性的特點，分子量一般在103～107之間，所以通常所測高聚物的分子量是平均分子量。粘度法測定高聚物分子量，可測分子量的范圍在104～10高聚物稀溶液的粘度是它在流動過程中分子之間的內(nèi)摩擦的反映。其中溶劑分子之間的內(nèi)摩擦又稱為純?nèi)軇┑恼扯?，以?表示。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处?gt;η0η式中:ηr=ηη0稱為相對粘度，反映的仍是整個溶液粘度的行為，而ηsp扣除了溶劑分子間的內(nèi)摩擦即只是純?nèi)軇┡c高聚物分子間以及高聚物分子之間的內(nèi)摩擦。ηsp的大小將隨limη主要反映了高聚物分子與溶劑分子之間的內(nèi)摩擦作用，稱為高聚物溶液的特性粘度。高聚物分子量可通過測定高聚物溶液的特性粘度η，再由Mark-Houwink非線性方程求得。η式中:M為高聚物的平均分子量，K、a為常數(shù),與高聚物、溶劑、溫度等因素有關(guān)，其數(shù)值可通過其它絕對方法確定。a值一般在0.5~1之間。對聚丙稀酰胺溶于硝酸鈉溶劑中，30°C粘度的測定按照液體流徑毛細管的速度來進行。根據(jù)泊塞勒(Poiseuille)公式:η式中:V為流徑毛細管液體的體積，r為毛細管半徑，ρ為液體的密度，l為毛管的長度。t為流出時間，h是流過毛細管液體的平均液柱高度。g為重力加速度，m為與毛細管形狀有關(guān)的參數(shù)（當(dāng)r?1時,m=1)。使用同一支粘度計，h、當(dāng)流出時間t大于100s時第2項可以忽略。對于高聚物的稀溶液，溶液的密度ρ與純?nèi)軇┑拿芏圈?η式中:t為溶液的流出時間，t0當(dāng)高聚物溶液的濃度足夠稀時，有下列經(jīng)驗公式:ηln式(6)、(7）是兩線性方程，式中k、β分別稱為Huggins、Kramer常數(shù)。如果以ηspc或lnη為了計算方便，引進相對濃度c'，令c其中c表示溶液的真實濃度，c1A=B=kD=β得：ηln如圖，若以ηspc'或lnηrc'實驗方案高聚物溶液的配制本實驗使用1mol?L-1硝酸鈉溶液為溶劑。稱取0.1g的聚丙烯酰胺放入100mL容量瓶中，注入60mL左右的硝酸鈉溶液，待聚丙烯酰胺全部溶解后再加硝酸鈉溶液定容至刻度，搖烏貝路德粘度計的使用烏貝路德粘度計又叫氣承懸柱式粘度計，其構(gòu)造如圖所示。首先將粘度計用洗液浸洗，再用自來水，蒸餾水清洗三次，放在烘箱中烘干，冷卻后備用。溶劑流出時間的測定先用硝酸鈉溶劑潤洗粘度計1~2次，再用移液管準確取16mL硝酸鈉溶劑由A注入粘度計中。B管及C管均套上膠管，用夾子夾緊C管使之不漏氣。然后置于30℃恒溫水中預(yù)熱，恒溫水面應(yīng)超過G球。嚴格保持粘度計處于垂直位置。恒溫5~10min后，將C管用夾子夾緊使之不通氣，在B管用洗耳球?qū)⑷芤簭腇球經(jīng)D球、毛細管、E球抽至G球中部，解去夾子，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。毛細管以上的液體下落，當(dāng)液面流經(jīng)a刻度時，立即按停表開始記時，當(dāng)液面降至b刻度時，再按停表結(jié)束計時，測得刻度a、b之間的液體流經(jīng)毛細管所需時間。重復(fù)測量至少3次，使時間相差不大于0.2s，取3次測量的平均值即為溶劑的流出時間t0溶液流出時間的測定待t0測完后，用移液管由A管從F球中準確取出8mLNaNO3溶劑，然后準確取8mL聚丙烯酰胺溶液，注入粘度計。在B管用洗耳球?qū)⑷芤悍磸?fù)抽洗粘度計的E球，使粘度計內(nèi)的溶液混合均勻，恒溫5min，測c按照（1）的操作方法，依次分別在做完上一實驗的溶液中，加入8mL溶劑，稀釋成濃度為c'=14;取出8mLc'=14混合液，加入8mL溶劑稀釋成濃度為c'=【實驗器材】儀器:烏氏粘度計1支，恒溫槽一套，秒表1只，10mL移液管3支，洗耳球1個，螺旋夾1只。試劑:聚丙烯酰胺(AR),NaNO【實驗過程】原始數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)處理c流出時間（s）ηηηlnln測量次數(shù)平均值12溶劑77.9375.99t0=76.96100c01/277.1577.33t0=77.241.003640.003640.007280.003630.007271/476.9777.02t0=77.091.001690.001690.006760.001680.006751/876.8179.1t0=77.961.01230.01230.09840.012220.09781/1677.176.6t0=76.850.99857-0.00143-0.02288-0.00143-0.02289計算：由圖可知，D又有A=η【實驗結(jié)果及分析討論】誤差分析高聚物相對分子質(zhì)量是表征聚合物特征的基本參數(shù)之一，相對分子質(zhì)量不同，高聚物的性能差異很大。本次實驗理論上應(yīng)該得到兩條直線重合于一點。但由圖可知,直線線性很差，兩條直線的斜率都為正值，二者截距不同，因此用外推法得到的相對分子量參考價值不大。分析可能是因為溶液濃度太稀，測定的t和t0很接近，導(dǎo)致η思考題烏氏粘度計毛細管太粗太細各有何特點?答:烏氏粘度計的毛細管太粗的時候，流速過快，可能導(dǎo)致測的時間太快而未能及時反應(yīng)，因而測出來的時間可能不準確;烏氏粘度計的毛細管太細，流速過慢，雖然讀數(shù)較為精確，但花費的時間也較長。所以，烏氏粘度計粗細應(yīng)該適當(dāng)。為什么強調(diào)粘度計一定要干凈、無塵?答:黏度計中如果不干凈，會影響液體的流速，若溶解在溶液中，還會使溶液的成分發(fā)生變化，對分子量的測定結(jié)果影響較大。特性黏度是溶液無限稀釋時的比濃黏度，它與純?nèi)軇┑酿ざ仁欠褚粯?，為什么要用來測量高聚物的分子量?