粘度法测定水溶性聚合物的平均分子量.doc

粘度法测定水溶性聚合物的平均分子量 一、实验目的1掌握乌氏（Ubbelohde）粘度计测定粘度的原理和方法；2测定高聚物聚乙二醇的平均相对分子量。二、实验原理单体分子经过聚或缩聚过程便可合成高聚物。高聚物溶液由于其分子链长度远大于溶剂分子，液体分子有流动或有相对运动时，会产生内摩擦阻力。内摩擦阻力越大，表现出来的粘度就越大，而且与聚合物的结构、溶液浓度、溶剂性质、温度以及压力等因素有关。聚合物溶液粘度的变化，一般采用下列有关的粘度量进行描述。（1）粘度比（相对粘度）用r表示。如果纯溶液的粘度为0，形同温度下溶液的粘度为，则r = / 0 （1）（2）粘度相对增量（增比粘度）用sp表示。是相对溶液来说，溶液粘度增加的分数sp =（-0）/0 =r 1 （2）（3）粘度（比浓粘度）对高分子聚合物溶液，粘度相对增量往往随溶液浓度也的增加而增大，因此常用其与浓度c之比来表示溶液的粘度，称为粘数，即sp/c = (r -1)/c （3）（4）对比粘数（比浓对比粘度）是粘度比的自然对数与浓度之比，即( lnr)/c = ln(1+sp)/c （4）（5）极限粘度（特性粘度）定义为粘数sp/c或比浓对数粘度（对数粘度）lnr/c在无限稀释时的外推值，用表示，即 = lim(sp /c) = lim(lnr /c) （5）c0 c0实验证明，对于给定的聚合物，给定的溶剂和温度下，的数值仅由试样的摩尔质量M所决定。与高聚物摩尔质量之间的关系，通常用带有两个参数的Mark-Houwink经验方程式来表示： =K M （6）式中： K比例常数： 与溶液中聚合物分子的形态有关的经验常数； M粘均摩尔质量K、与温度、聚合物种类和溶剂性质有关，K值受温度影响较大。在一定温度是，对给定的聚合物溶剂体系，一定的分子量范围内K、为常数，之与摩尔质量大小有关。K、值可从有关手册中查到（附录），或采用几个标准样品根据式（1-6）进行确定，标准样品的摩尔质量可由绝对方法（如渗透压和光散射法等）确定。本次实验中K=1.25E-2 cm3/g； = 0.78在一定温度下，聚合物溶液粘度对浓度有一定的依赖关系。描述溶液粘度与浓度关系的方程式很多，应用较多的有哈金斯（Huggins）方程：sp /c = k2c （7）克拉默（Kraemer）方程：(lnr)/c = 2c （8）对于给定改的聚合物在给定温度和溶剂时，k、应是常数，其中k称为哈金斯（Huggins）常数。它表示溶液中聚合物之间和聚合物与溶剂分子之间的相互作用，k值一般来说对摩尔质量并不敏感。用(lnr)/c对c的图外推和用sp/c对c的图外推，得到共同的截距，如图1所示。最后代入（1-6）式，即可得到其粘均摩尔质量M。图1 外推法求由式（7）跟式（8）得一点法求的方程： = （1/c）1/（k+）（sp -lnr）1/2 （9）由此可见，用粘度法测定高聚物摩尔质量，关键在于的求得，最方便的方法是用毛细管粘度计测定溶液的粘度比。常用的粘度计有乌氏（Ubbelchde）粘度计，其特点是溶液的体积对测量没有影响，所以可以在粘度计内采取逐步稀释的方法得到不同浓度的溶液。根据粘度比定义 t(1-B/At2)r = = （10） 0 0t0(1-B/At02)式中、0分别为溶液和溶剂的密度。如溶液的浓度不大（c110Kg/m3），溶液的密度与溶剂的密度可近似地看作相同，即0；A和B为粘度计常数；t和t0 分别为溶液和溶剂在毛细管中的流出时间。在恒温的条件下，用同一支毛细管测定溶液和溶剂的流出时间。如溶液在该粘度计中流出时间大于100秒，则动能校正项B/At2值远远小于1，因此溶液的粘度比为r=t/t0 （11）所以只需测定溶液和溶剂在毛细管中的流出时间就可以得到r 。三、实验试剂和装置乌氏粘度计、HK-2A超级恒温水浴（要求温度波动不大于+0.1）、移液管（10mL）、吸量管、秒表、橡皮塞、夹子、洗耳球、铁架台聚乙二醇溶液（c=0.01g/mL）、蒸馏水四、实验过程1调节恒温水浴温度至30+1.02测量溶剂流出时间在粘度计的C管和B管上端套上干燥清洁的橡皮管，在铁架台上调好粘度计的高度和垂直度，然后用移液管将10mL蒸馏水自A管注入粘度计，放在恒温水浴中恒温3min。用夹子夹紧C管和B管上的橡皮管，在B管的橡皮塞用洗耳球抽气，待水上升至G球中部即停止抽气，取下洗耳球。然后松开B、C两管上的夹子，使其通大气，此时液面顺毛细管流下，用秒表记下液体流经a、b之间所需的时间。重复测定三次，每次相差不超过0.2s，取平均值，即为t0 值。3洗粘度计取出粘度计，倒出其中的水，用少量无水乙醇润洗。4测溶液流出时间在用无水乙醇润洗过的粘度计中，用适量配置好的聚乙二醇溶液润洗。按上法安装粘度计，用移液管移取10.0mL已恒温好的溶液与粘度计F球中，恒温3min，按以上步骤测定溶液的流出时间t。再用吸量管依次加入2.0mL、3.0mL、4.0mL、5.0mL已恒温的蒸馏水，加入粘度计F球中并混合均匀，准确测量每种浓度溶液的流出时间，每种浓度溶液的测定都不得少于三次，误差不超过0.2秒。实验结束后，将溶液倒入回收瓶，用蒸馏水反复冲洗粘度计，置于原处。五、实验注意事项1粘度计必须洁净，需用蒸馏水浸泡，用待测也润洗。2.本实验中溶液的稀释是直接在粘度计中进行的，所用溶剂（蒸馏水）必须先与溶液所处同意超级恒温水浴中恒温，然后用吸量管准确量取并且混合均匀方可测定。3.测定时粘度计要垂直放置，否则影响结果的准确性。六、数据处理1根据不同浓度的溶液测定的相应流出时间分别计算sp 、r 、sp /c和(lnr)/c。试样名称：聚乙二醇溶液 溶剂：蒸馏水 恒温槽温度：30.00 A.溶剂在毛细管中流出时间 t1=89.65s t2=89.67s t3=89.80s 平均值t0 =89.71sB.溶液在毛细管中时间记录和处理加入溶剂量（mL）02.03.04.05.0相对浓度15/62/310/195/12溶液流出时间（s）t1109.02106.58103.2100.1997.83t2110.58106.32103.27100.0296.86t3107.5107.03102.64100.8696.93平均值（s）109.95106.64103.36100.3697.21sp0.22560.18880.14890.11870.0836r1.22561.18881.14891.11871.0836sp /c0.22560.22650.22280.22550.2006(lnr)/c0.20340.20750.20780.21310.19262.以sp /c和(lnr)/c对c作图并作线性外推求得截距A，以A除以起始浓度c0得。 (lnr)/csp /cA1=0.22305A2=0.22182A平均=0.2224=A平均/c0=0.2224/0.01g/mL=22.243.取30时的常数K、值，按式（1-6）计算出聚乙二醇的相对分子质量。K=1.2510-2 cm3/g =0.78M =（/K）1/=（22.24/(1.2510-2 ）)1/0.78=1387.78七、误差分析实验过程中一些因素会影响sp /c或(lnr)/c对c作图的线性，因此在测定过程中应该注意这些因素，并尽量减少其影响。1.温度的波动可直接影响溶液粘度的测定，因此超级恒温水浴的控温精度会影响实验结果。2.测定过程中因微粒杂质局部堵塞毛细管可能会影响实验结果。3.粘度计的垂直度发生变化也会影响实验结果的测定。若粘度计倾斜在超级恒温水浴中