黏度法測(cè)定水溶性高聚物相對(duì)分子質(zhì)量

1、黏度法測(cè)定水溶性高聚物相對(duì)分子質(zhì)量一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、掌握用烏氏黏度計(jì)測(cè)定黏度的原理和方法2、測(cè)定聚乙二醇的平均相對(duì)分子質(zhì)量二、實(shí)驗(yàn)原理粘度是指液體對(duì)流動(dòng)所表現(xiàn)的阻力，這種阻力反抗液體中相鄰部分的相對(duì)移動(dòng)，可看作由液體內(nèi)部分子間的內(nèi)摩擦而產(chǎn)生。當(dāng)相距為ds的兩液層以不同速率（v 和dv）移動(dòng)時(shí)，產(chǎn)生的流速梯度為dv/ds。建立平穩(wěn)流動(dòng)時(shí)，維持一定流速所需要的力f 與液層接觸面積A 以及流速梯度dv/ds成正比，即：f = A dv/ds 單位面積液體的粘滯阻力用 f 表示，f = f /A，則：f = （dv/ds ） 此式稱為牛頓粘度定律表示式，比例常數(shù)稱為黏度系數(shù)，簡稱黏度，單位為Pas。如果

2、液體是高聚物的稀溶液，則溶液的粘度反映了溶劑分子之間的內(nèi)摩擦力、高聚物分子之間的內(nèi)摩擦力、以及高聚物分子和溶劑分子之間的內(nèi)摩擦力三部分。三者之和表現(xiàn)為溶液總的粘度。其中溶劑分子之間的內(nèi)摩擦力所表現(xiàn)的粘度如用0表示的話，則由于溶液的黏度一般說來要比純?nèi)軇┑酿ざ雀?，我們把兩者之差的相?duì)值稱為增比黏度，記作sp：sp = ( - 0 )/0 溶液黏度與純?nèi)軇ざ戎确Q為相對(duì)黏度r ：r = /0 增比黏度表示了扣除溶劑內(nèi)摩擦效應(yīng)后的黏度，而相對(duì)黏度則表示整個(gè)溶液的行為。它們之間的關(guān)系為：sp = /0 - 1 = r - 1 高分子溶液的增比黏度一般隨濃度的增加而增加。為了便于比較，將單位濃度下所顯

3、示出的增比黏度稱為比濃黏度 sp /c 。而將 ln r /c 稱為比濃對(duì)數(shù)黏度。為進(jìn)一步消除高聚物分子之間的內(nèi)摩擦效應(yīng)，將溶液無限稀釋，這時(shí)溶液所呈現(xiàn)的黏度行為基本上反映了高聚物分子與溶劑分子之間的內(nèi)摩擦，這時(shí)的黏度稱為特性黏度 ： 特性黏度與濃度無關(guān)，實(shí)驗(yàn)證明，在聚合物、溶劑、溫度三者確定后，特性黏度的數(shù)值只與高聚物平均相對(duì)分子質(zhì)量有關(guān)，它們之間的半經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式為： 式中的 K 為比例系數(shù)，是與分子形狀有關(guān)的經(jīng)驗(yàn)常數(shù)。這兩個(gè)參數(shù)都與溫度、聚合物和溶劑性質(zhì)有關(guān)。 黏度測(cè)定的方法有用毛細(xì)管黏度計(jì)測(cè)量液體在毛細(xì)管中的流出時(shí)間、落球黏度計(jì)測(cè)定圓球在液體中的下落速率、旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)測(cè)定液體與同心軸圓柱體相

4、對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)阻力等三種。本實(shí)驗(yàn)采用第一種方法。 高分子溶液在毛細(xì)管黏度計(jì)中因重力作用而流出時(shí)，遵守泊肅葉定律： 式中，：液體密度；l：毛細(xì)管長度；r：毛細(xì)管半徑；t：流出時(shí)間；h：流經(jīng)毛細(xì)管液體的平均液柱高度；g：重力加速度；V：流經(jīng)毛細(xì)管液體的體積；m：與儀器幾何形狀有關(guān)的參數(shù)，當(dāng) r / l 1 時(shí)，取 m = 1。 此式可改寫為： / = t - /t 當(dāng) 小于1，t 大于 100s 時(shí)，第二項(xiàng)可忽略。對(duì)稀溶液，密度與溶劑密度近似相等，可以分別測(cè)定溶液和溶劑的流出時(shí)間，求算相對(duì)黏度r ：r = / 0 = t / t 0 根據(jù)測(cè)定值可以進(jìn)一步計(jì)算增比黏度（r - 1），比濃黏度（ sp /c）

5、，比濃對(duì)數(shù)黏度（ln r /c）。對(duì)一系列不同濃度的溶液進(jìn)行測(cè)定，在坐標(biāo)系里繪出比濃黏度和比濃對(duì)數(shù)黏度與濃度之間的關(guān)系，外推到 c = 0的點(diǎn)，此處的截距即為特性黏度。在 K、 已知時(shí)，可求得平均相對(duì)分子質(zhì)量。對(duì)于聚乙二醇，在 25 時(shí)，K = 1.5610-2 （Kg-1dm3）， = 0.5。三、儀器與試劑烏氏粘度計(jì) 1支 移液管(10mL) 2只 秒表 1塊 洗耳球 1個(gè) 蒸餾水 已配好濃度的聚乙二醇四、實(shí)驗(yàn)步驟1、黏度計(jì)的洗滌先將洗液灌入黏度計(jì)內(nèi)，并使其反復(fù)流過毛細(xì)管部分。然后將洗液倒入專用瓶中，用過濾過的蒸餾水洗滌干凈。容量瓶、移液管也都應(yīng)清洗干凈。2、溶劑流出時(shí)間t0的測(cè)定用移液管

6、吸10mL過濾過的蒸餾水，從A管注入粘度計(jì)F球內(nèi)，恒溫10min，在C管和B管的上端套上干燥清潔橡皮管，并用夾子夾住C管上的橡皮管下端，使其不通大氣。用洗耳球在B管的上端吸氣，將水從F球經(jīng)D球、毛細(xì)管、E球抽至G球中部，取下洗耳球，同時(shí)松開管上夾子，使其通大氣。此時(shí)溶液順毛細(xì)管而流下，當(dāng)凹液面最低處流經(jīng)刻度a線時(shí)，立刻按下秒表開始記時(shí)，至b處則停止記時(shí)。記下液體流經(jīng)a、b之間所需的時(shí)間。重復(fù)測(cè)定三次，取其平均值，即為t0值。3、溶液流出時(shí)間的測(cè)定取出黏度計(jì)，傾去其中的水，加入少量的無水酒精潤洗黏度計(jì)，甩干。用移液管吸取8mL聚乙二醇溶液，注入黏度計(jì)內(nèi)，同上法，安裝黏度計(jì)，測(cè)定溶液的流出時(shí)間t，

7、然后依次加入2.0，3.0，5.0，8.0mL蒸餾水。每次稀釋后，先在C管處用洗耳球打氣，使溶液混合均勻。然后將稀釋液多次抽洗黏度計(jì)的E球和G球及毛細(xì)管部分，使黏度計(jì)內(nèi)各處溶液的濃度相等，按同樣方法進(jìn)行測(cè)定。4、黏度計(jì)的最后清洗處理測(cè)完后，傾盡黏度計(jì)內(nèi)的溶液，依次用自來水、蒸餾水洗凈。再加上少量的無水酒精，用電吹風(fēng)吹干。將黏度計(jì)放入盛放黏度計(jì)的盒中。五、數(shù)據(jù)記錄與處理1、根據(jù)實(shí)驗(yàn)對(duì)不同濃度溶液測(cè)出的相應(yīng)留出時(shí)間，并計(jì)算，和并填入下表。項(xiàng)目c(g/mL)t/s蒸餾水0131.471.0000.0000.0000.000聚乙二醇0.0400148.131.1270.1273.1752.989加水2

8、.0 ml0.0320146.921.1180.1183.6883.486加水5.0 ml0.0246145.621.1080.1084.3904.169加水8.0 ml0.0200141.581.0770.0773.8503.709加水10 ml0.0178141.531.0770.0774.3264.1672、與c及 與c的關(guān)系圖從圖中讀得特性粘度=7.80=1.5610-3 （Kg-1dm3）M 1/2 ，求得M=2.5107 g/mol。六、實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析1.溫度的影響:高聚物溶液黏度的測(cè)定對(duì)測(cè)試溫度特別敏感，故必需嚴(yán)格控制溫度精度范圍，測(cè)定結(jié)果才有可靠保證。而本實(shí)驗(yàn)中溶液下落段距離水浴

9、缸水面較近，且室溫較低，可能使25不能嚴(yán)格被保證。2.陳化時(shí)間、陳化溫度、溶解溫度的影響。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，陳化時(shí)間在2-7天內(nèi)，右旋糖酐的分子量逐漸上升；陳化和溶解溫度越高相對(duì)分子量越大。而本實(shí)驗(yàn)中測(cè)定的溶液為現(xiàn)配現(xiàn)用，且使用的微沸的蒸餾水配置的溶液，必會(huì)對(duì)最終結(jié)果造成一定影響。七、問題與討論1、烏氏黏度計(jì)中的C管的作用是什么？能否去除C管改為雙管粘度計(jì)使用？答：C管的作用是形成氣承懸液柱。不能去除C管改為雙管粘度計(jì)，因?yàn)闆]有了C管，就成了連通器，不斷稀釋之后會(huì)導(dǎo)致黏度計(jì)內(nèi)液體量不一樣，這樣在測(cè)定液體流出時(shí)間時(shí)就不能處在相同的條件之下，因而沒有可比性。只有形成了氣承懸液柱，使流出液體上下方均處在大氣環(huán)境下，測(cè)定的數(shù)據(jù)才具有可比性。2、黏度計(jì)毛細(xì)管的粗細(xì)對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果有何影響？答：黏度計(jì)毛細(xì)管的過粗，液體流出時(shí)間就會(huì)過短，那么使用Poisuille公式時(shí)就無法近似，也就無法用時(shí)間的比值來代替粘度；如果毛細(xì)管過細(xì)，容易造成堵塞，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)失敗。3、為什么用來求算高聚物的分子量？它和純?nèi)軇┱扯扔袩o區(qū)別