粘度法测定高聚物摩尔质量

1、一、实验目的1、掌握用乌氏粘度计测定高聚物溶液粘度的原理和方法。2、测定线形高聚物聚乙二醇的粘均摩尔质量。二、实验原理单体分子经加聚或缩聚过程便可合成高聚物。并非高聚物每个分子的大小都相同，即聚合度不一定相同，所以高聚物摩尔质量是一个统计平均值。对于聚合和解聚过程机理和动力学的研究，以及为了改良和控制高聚物产品的性能，高聚物摩尔质量是必须掌握的重要数据之"o高聚物溶液的特点是粘度特别大，原因在于其分子链长度远大于溶剂分子，加上溶剂化作用，使其在流动时受到较大的内摩擦阻力。粘性液体在流动过程中， 必须克服内摩擦阻力而做功。粘性液体在流动过程中所受阻力的大小可用粘度系数刀(简称粘度)来表

2、示(kg m1 s-1)。高聚物稀溶液的粘度是液体流动时内摩擦力大小的反映。纯溶剂粘度反映了溶剂分子间的内摩擦力，记作刀0,高聚物溶液的粘度则是高聚物分子间的内摩擦、高聚物分子与溶剂 分子间的内摩擦以及刀。三者之和。在相同温度下，通常刀刀。,相对于溶剂，溶液粘度增加的分数称为增比粘度，记作刀sp,即% %r,即而溶液粘度与纯溶剂粘度的比值称作相对粘度，记作Y鹏反映的也是溶液的粘度行为，而刀sp则意味着已扣除了溶剂分子间的内摩擦效应，仅反映了高聚物分子与溶剂分子间和高聚物分子间的内摩擦效应。高聚物溶液的增比粘度刀sp往往随质量浓度C的增加而增加。为了便于比较，将单位浓 度下所显示的增比粘度刀sp

3、/c称为比浓木度，而ln Yr/C则称为比浓对数粘度。当溶液无 限稀释时，高聚物分子彼此相隔甚远，它们的相互作用可以忽略，此时有关系式= liming A = 歹JOY称为特性粘度，它反映的是无限稀释溶液中高聚物分子与溶剂分子间的内摩擦，其值取决于溶剂的性质及高聚物分子的大小和形态。由于刀r和刀sp均是无因次量，所以他们的单位是浓度C单位的倒数。在足够稀的高聚物溶液里，Y sp/c与C和ln Y r/c与C之间分别符合下述经验关系式：-=M + -加豆铝=团-肛仃C上两式中k和3分别称为 Huggins和Kramer常数。这是两直线方程， 通过打sp/c对C或ln /c对c作图，外推至C=0时

4、所得截矩即为 "。显然，对于同一高聚物， 由两线性方程 作图外推所得截矩交于同一点，如图 1。c图1外推法求刀图图2乌氏粘度计高聚物溶液的特性粘度刀与高聚物摩尔质量之间的关系，通常用带有两个参数的MarkHouwink经验方程式来表示：? = /<- 5?；式中耘中是粘均摩尔质量，K、”是与温度、高聚物及溶剂的性质有关的常数，只能通过一些 绝对实验方法(如膜渗透压法、光散射法等 )确定。本实验采用毛细管法测定粘度，通过测定一定体积的液体流经一定长度和半径的毛细管所需时间而获得。本实验使用的乌氏粘度计如图2所示。当液体在重力作用下流经毛细管时，其遵守Poiseuille 定律：&

5、#39;一出炉一 8/V式中打(kg - m1 s-1)为液体的粘度；p(kg - m1 s-2)为当液体流动时在毛细管两端间的压力差(即是液体密度P,重力加速度g和流经毛细管液体的平均液柱高度 h这三者的乘积)；r(m) 为毛细管的半径；V(mf)为流经毛细管的液体体积；t(s)为V体积液体的流出时间；l(m)为 毛细管的长度。用同一粘度计在相同条件下测定两个液体的粘度时，它们的粘度之比就等于密度与流出时间之比?j = -1 * 小:弟 肉“户M如果用已知粘度刀1的液体作为参考液体，则待测液体的粘度刀2可通过上式求得。在测定溶剂和溶液的相对粘度时，如溶液的浓度不大(C<1 X 10 k

6、g m3),溶液的密度与溶剂的密度可近似地看作相同，故r o1支；胖肚移液管(5mD 1支；停所以只需测定溶液和溶剂在毛细管中的流出时间就可得到刀 三、仪器与药品乌氏粘度计1支；有塞锥形瓶(50mD 2支；洗耳球表(0.1s ) 1 支。聚乙二醇（AR）。四、实验步骤1、将恒温水槽调到 25C± 0.1 Co2、溶液配制，称取聚乙二醇 1.000g,用25ml容量瓶配成水溶液。3、洗涤粘度计，先用热洗液（经砂芯漏斗过滤）浸泡，再用自来水、蒸储水冲冼。4、测定溶剂流出时间，将粘度计垂直夹恒温槽内，用吊锤检查是否垂直，将10ml纯溶剂自A管注入粘度计中，恒温数分钟，夹紧 C管上连结的乳胶

7、管，在 B管上接冼耳球慢 慢抽气，待液体升至G球的一半左右停止抽气， 打开C管上的夹子使毛细管内液体同D球分开，用停表测定液面在a、b两线间移动所需要的时间。重复测定三次，每次相差不超过0.2s0.3 s,取平均值。5、测定溶液流出时间，取出粘度计，倒出溶剂，吹干。用移液管取10ml已恒温的高聚物溶液，同上法测定流经时间。6、实验结束后，将溶液倒入瓶内，用溶剂仔细冲冼粘度计3次，最后用溶剂浸泡，备用。五、数据处理待测液纯溶剂溶液10ml+ 5ml 水+ 5ml 水+ 10ml 水+ 10ml 水c/kg - m3100040.0026.6720.0013.3310.0011/s35.16119

8、.4582.9867.8755.3850.01t2/s35.25119.3183.1167.7255.4149.9213/s35.26119.6182.9667.9555.3549.981/s35.22119.4683.0267.8555.3849.971、由r 工和sp r 1计算r和sp0t0待测液溶液10ml+ 5ml 水+ 5ml 水+ 10ml 水+ 10ml 水r3.3922.3571.9261.5721.419sp2.3921.3570.9260.5720.4192、以 正上及金分别对c作图并作线形外推求得截距A, A即为。c C二3c/kg , m40.0026.6720.00

9、13.3310.00ln r c0.030540.032150.032770.033930.03500spc0.059800.050880.046300.042910.04190nsp.G或仙 r/cc/kg m'”对c作图cLinear Regression for Data1_B:Parameter Value ErrorA0.035973.79231E-4B-1.40344E-4 1.55106E-5R SD N P-0.982173.69977E-450.00285二p对c作图 cLinear Regression for Data1_C:Y = A + B * XParame

10、ter Value ErrorA 0.034967.91852E-4B 6.09127E-43.23868E-5R SD N P0.99579 7.7253E-453.28131E-4得=0.034963、取25 c时常数值，按 =k * M 式计算出聚乙二醇的粘均摩尔质量 M=156X l0-6m7kg ,=0.500.03496156 10 62=5.022 X104六、思考题1、乌氏粘度计中的支管 C的作用是什么？能否去除 C管改为双管粘度计使用？为什么？答：C管的作用是形成气承悬液柱，不能去除C管改为双粘度计，因为没有了C管就成了连通器，不断稀释之后会导致粘度计内液体量不一样，这样在测定液体流出时间时就不能处在相同的条件之下，因而没有可比性，只有形成了气承悬液柱，便流出液体上下方均处在大气 环境下测定的数据才具有可比性。2、高聚物溶液的Y r、Y sp、Y sp/c和Y的物理意义是什么？答：Y r 相对粘度，反应的是溶液的粘度行为。刀sp增比粘度，反应的是高聚物分子与溶剂分子间和高聚物分子间的内摩擦效应。Y sp/C 比浓粘度，即单位浓度下所显示的增比粘度。Y 特性粘度，反映的是无限稀释溶液中高聚物分子与溶剂分子间的内摩擦，其值取决于溶剂的性质与高聚物分子的大小和形态