黏度法测量水溶性高聚物的相对分子质量

1、【实验目的】1. 掌握粘度法测定聚合物分子量的基本原理。2. 掌握用乌氏粘度计测定高聚物稀溶液粘度的实验技术及数据处理方法。【实验原理】粘度是指液体对流动所表现的阻力，这种阻力反抗液体中相邻部分的相对移动，可看作由液体内部分子间的内摩擦而产生。相距为ds的两液层以不同速率（v和dv）移动时，产生的流速梯度为dv / ds。 建立平稳流动时， 维持一定流速所需要的力f 与液层接触面积A 以及流速梯度dv / ds 成正比：f'="？ A?dv / ds单位面积液体的粘滞阻力用 f 表示， f=f /A ，则：f =4?dv / ds此式称为牛顿粘度定律表示式，比例常数”称为粘度

2、系数，简称粘度，单位为Pa?s。如果液体是高聚物的稀溶液，则溶液的粘度反映了溶剂分子之间的内摩擦力、 高聚物分子之间的内摩擦力、 以及高聚物分子和溶剂分子之间的内摩擦力三部分。三者之和表现为溶液总的粘度刀。其中溶剂分子之间的内摩擦力所表现的粘度如用”0表示的话，则由于溶液的粘度一般说来要比纯溶剂的粘度高， 我们把两者之差的相对值称为增比粘度，记作 “sp :“sp=（刀-刀0）/刀0溶液粘度与纯溶剂粘度之比称为相对粘度刀r:4r=4/ 7 0增比粘度表示了扣除溶剂内摩擦效应后的粘度，而相对粘度则表示整个溶液的行为。它们之间的关系为：“ sp= "/40 - 1 = t r - 1高分

3、子溶液的增比粘度一般随浓度的增加而增加。为了便于比较，将单 位浓度下所显示出的增比粘度称为比浓粘度“sp/c 0而将ln qr/c称为比浓对数粘度。增比浓度与相对粘度均为无因次量。为消除高聚物分子之间的内摩擦效应，将溶液无限稀释，这时溶液所呈 现的粘度行为基本上反映了高聚物分子与溶剂分子之间的内摩擦，这时的粘度称为特性粘度4：lim = Hat。匚特性粘度与浓度无关，实验证明，在聚合物、溶剂、温度三者确定后， 特性粘度的数值只与高聚物平均相对分子质量有关，它们之间的半经验关系式 为：昨应“式中的K为比例系数，a是与分子形状有关的经验常数。这两个参数 都与温度、聚合物和溶剂性质有关，在一定范围内

4、与相对分子质量无关。增比粘度与特性粘度之间的经验关系为：“ sp/c =4+ K1?42? c而比浓对数粘度与特性粘度之间的关系也有类似的表述：ln q r/c =4+ B ?42? c因此将增比粘度与溶液浓度之间的关系及比浓对数粘度与浓度之间的关 系描绘与坐标系中时，两个关系均为直线，而且截距均为特性粘度。求出特性粘度后，就可以用前述半经验关系式求出高聚物的平均相对分子质量。粘度测定的方法有用毛细管粘度计测量液体在毛细管中的流出时间、落 球粘度计测定圆球在液体中的下落速率、 旋转粘度计测定液体与同心轴圆柱体相 对转动阻力等三种。本实验采用第一种方法。高分子溶液在毛细管粘度计中因重力作用而流出

5、时，遵守泊肃叶定律：7 Wigrr V- m -%IV式中，p :液体密度；l :毛细管长度；r：毛细管半径；t:流出时间； h:流经毛细管液体的平均液柱高度；g:重力加速度；V：流经毛细管液体的体 积；mx与仪器几何形状有关的参数，当r/l << 1 时，取m= 1。此式可改写为：r/p=at - 0/t当B小于1, t大于100s时，第二项可忽略。对稀溶液，密度与溶剂 密度近似相等，可以分别测定溶液和溶剂的流出时间，求算相对粘度“r：“r ="/40=t / t 0根据测定值可以进一步计算增比粘度（“r- 1）,比浓粘度（刀sp/c）, 比浓对数粘度（ln 刀r/c

6、）。对一系列不同浓度的溶液进行测定，在坐标系里 绘出比浓粘度和比浓对数粘度与浓度之间的关系，外推到 c = 0 的点，此处的 截距即为特性粘度。在K、a已知时，可求得平均相对分子质量。对于聚乙二醇，在 25c 时，K= 1.56*10-2（Kg-1?dm3 , a = 0.5 。【实验仪器和试剂】乌氏粘度计、恒温槽、洗耳球、移液管、秒表、乳胶管、夹子、铁架台。【实验步骤】1 . 调节恒温槽温度至30。将干燥的黏度计垂直置于恒温水浴中，水面超过G球1cm左右。H C A2 .溶剂流出时间的测定。用移液管移取10.00mL聚乙二醇至U F管，恒温10分钟。将B、C管套上乳胶管， 用夹子夹紧C管上的

7、乳胶管使其不漏气，用吸耳球经乳胶管由毛细管上口将水抽 至最上一个球的中部时，放开夹子，使其中的水自由下流，用眼睛水平注视着正 在下降的液面，用秒表准确记录流过球 a、b两刻度之间的时间，重复3次，任 意两次之间的误差不得超过0.2秒。取其平均值，即为ti值。3 .溶液流出时间的测定在步骤2进行的同时，用25 mL比色管量取25 mL蒸储水置于恒温水浴中恒温。往粘度计中依次加入已恒温过的 5.00,10.00,10.00ml的蒸储水，用洗耳球反复 吸放溶液使溶液均匀，用上述方法依次测得对应流出时间 t2,t 3,t 4o重复3次, 任意两次之间的测量误差不得超过 0.2秒。最后将粘度计洗净，加入10mL的蒸储水，恒温10 min,测定流出时间t。重复3 次，误差不得超过0.2秒。【数据处理】1 .列表计算不同浓度的 4r,4sp和4sp/c,lnqr及lnqr/c。2 .绘制Y sp/c-c和ln Y r/c-c曲线，外推求出特征黏度4。3 .由M-H公式4=KMf式，求出聚乙二醇的相对分子质量M注意事项1. 加入蒸馏水前，黏度计必须干燥。2本实验中溶液的稀释是直接在粘度计中进行的，所用溶剂必