粘度法测定高聚物平均摩尔质量

粘度法测定高聚物平均摩尔质量第一页，共十八页，编辑于2023年，星期三实验目的用粘度法测定聚乙烯醇的平均摩尔质量掌握测量原理了解乌氏粘度计特点，掌握其使用方法第二页，共十八页，编辑于2023年，星期三表1测定高聚分子量相应的分析方法分析测定方法高聚分子量(Mr)端基分析<3×104沸点升高，凝固点降低，等温蒸馏<3×104渗透压104～106光散射104～107超离心沉降及扩散104～107粘度法104～107

分子量是表征化合物特性的基本参数之一。但高聚物分子量大小不一，参差不齐，一般在103～107之间，所以通常所测高聚物的分子量是平均分子量。测定高聚分子量的方法很多，对线型高聚物，各方法适用的范围如表1所示。第三页，共十八页，编辑于2023年，星期三实验原理高聚物的摩尔质量的对其性能有很大的影响，通过摩尔质量的测定可了解高聚物的性能，并控制聚合条件以获得优良产品。在某一温度下，高聚物溶液的粘度比纯溶剂的粘度0大，粘度增加的分数为增比粘度spr称为相对粘度，是整个溶液的粘度行为。sp意味着扣除了溶剂分子间的内摩擦效应，仅考虑溶剂与溶质分子之间以及溶质分子间的相互作用。sp随高聚物浓度增加而增大。常用sp/c，称为比浓粘度第四页，共十八页，编辑于2023年，星期三比浓粘度随溶液浓度c变化。当溶液无限稀(c→0)时，溶质分子间内摩擦效应可以忽略不计，只存在溶剂分子与溶质分子间的内摩擦作用，sp/c趋于固定极限值[][]为特性粘度，可由sp/c-c图用外推法求出。实验表明sp/c与[]的关系用经验公式表示为故作sp/c-c图，外推后由sp/c轴上的截距可求[]。浓度不太大时，经验公式可表示为

ln/c=[]+[]2c(3)第五页，共十八页，编辑于2023年，星期三这样sp/c及ln/c对c作图，得两条直线。这两条直线在纵轴上相交于一点，可求出[]值。[]的单位是浓度倒数。[]与高聚物平均摩尔质量的关系为

[]=M其中，和为经验方程的两个参数。一定温度，一定的高聚物体系为常数。M为平均摩尔质量。第六页，共十八页，编辑于2023年，星期三同一温度下，对纯溶剂和4～5个不同浓度的溶液进行流出时间的测定后，可计算出相应r和sp，再作图外推求出[]，最后由[]=Mh（4）及经验常数、求算平均摩尔质量M。本实验用毛细管粘度计测定高聚物溶液的粘度。在稀溶液中（浓度小于10g·L-1），溶剂与溶液的密度近似为相等，可得第七页，共十八页，编辑于2023年，星期三实验步骤恒温槽的调节高聚物溶液粘度的温度系数较大，如果温度控制波动较大，会使液体流出时间的重现性差，或作图线性不好。严格调整恒温槽温度在(30.0±0.1)0C范围内。粘度计的选择和洗涤使用乌氏粘度计能在粘度计内进行逐步稀释，适合连续测定不同浓度溶液的粘度。由所用溶剂的粘度选择毛细管r与管E体积的大小，使流出时间不少于100s。对于溶剂水，毛细管径为0.57mm，E球体积为4ml。粘度计应用洗液浸泡后，再依次用自来水、蒸馏水冲洗，最后用乙醇淌洗后真空干燥备用。第八页，共十八页，编辑于2023年，星期三①将清洁干净的粘度计B管、C管口导上乳胶管后垂直放入恒温槽中。恒温水面应浸没G球。调节夹粘度计的夹具使粘度计毛细管垂直②一次吸取5ml聚丙烯酰胺水溶液，从A管注入，夹住C管口的乳胶管，在B管上用洗耳球来回推拉，使溶液混合均匀，设浓度为c1,恒温10min。∙溶液流出时间的测定第九页，共十八页，编辑于2023年，星期三③C管不通大气，由B管抽气，溶液从F球经D球、毛细管、E球抽至G球2/3处。松开C管处夹子，使C管通大气，D球中液体即回入F球。毛细管以上液体悬空并开始下落。当液面流经a刻度立即按下表开始计时，当液面将到b刻度时，再按停表，读取a、b刻度间液体流经毛细管所需时间t1，重复3次，时间相差不得超过0.5s。④依次由A管分别注入5ml、10ml、15ml、20ml蒸馏水，将高聚物稀释为c2、c3、c4、c5，同法测定流出时间t2、t3、t4、t5。每次加入蒸馏水后，应混合均匀后抽洗毛细管3次，恒温10min第十页，共十八页，编辑于2023年，星期三倾去高聚物溶液，用自来水、蒸馏水淌洗净粘度计后。加入约15ml蒸馏水，恒温10min后测定流出时间t0

实验完毕，倾去溶液，洗净粘度计，用乙醇淌洗，放置干燥。∙溶剂流出时间的测定第十一页，共十八页，编辑于2023年，星期三数据记录和处理记录并计算高聚物名称、试样浓度、恒温温度、溶剂、流出时间、平均值、r、lnr、lnr/c、sp/c。作sp/c-c以及ln/c-c图，外推以c→0求出[]。由(4)求出聚丙烯酰胺的平均摩尔质量M。30°C时，参数=3.73×10-4，=0.66第十二页，共十八页，编辑于2023年，星期三实验温度————————℃大气压—————Pa

被测溶液流出时间t(s)hrhsplnhrhsp/clnhr/c1次2次3次平均溶

剂

t0=h0=

溶

液

*c0

为5g/L第十三页，共十八页，编辑于2023年，星期三注意：液体粘度的温度系数均较大，实验中应严格控制温度的恒定，否则难以获得重现结果。粘度计系玻璃仪器，在洗涤、安放及使用过程中应仔细，避免损坏。因高聚物粘度较大，用移液管取样前应用溶液淌洗几次。取样将溶液放入粘度计F球时，应避免试液沿管壁淌下。溶液放完移液管应多滞留一段时间，使移液管中残留液尽可能少，并认真混合溶液使浓度均匀。实验完毕应立即清洗粘度计及所用移液管，以免高聚物溶液干涸后阻塞毛细管及移液管第十四页，共十八页，编辑于2023年，星期三注意：粘度计要保持垂直状态。在抽溶液时，不得把溶液带入洗耳球内，否则要重作。不要将洗耳球球内的杂物落在粘度计内，以免毛细管堵塞。三管粘度计易折，一般只拿较粗的A管。若三管一把抓，一不小心稍用劲，便折断了。在B管或C管上接乳胶管时，应在管的外圈加少许水作润滑剂；此外，两手要近距离操作，作用力要在一直线上。实验完毕，倒出粘度计内的蒸馏水，去掉B管和C管上的乳胶管，将仪器试剂还原。拔掉恒温装置的电源插头，但不能关继电器上的开关。第十五页，共十八页，编辑于2023年，星期三思考题1．乌氏粘度计中C管有何作用？本实验能否采用U型粘度计（即减去C管）？2．粘度计的毛细管的粗细对实验结果有何影响？3．试推导

。4．若要求hr测定精确度达到0.2%，则恒温槽的温度需恒定在什么范围？试用水的粘度的温度系数解释之。5．若把溶液带到了乳胶管内，对结果有何影响？6．测量蒸馏水的流出时间时，加蒸馏水的量是否要准确测量？第十六页，共十八页，编辑于2023年，星期三讨论高聚物分子链在溶液中所表现得出的一些行为会影响[h]的测定。如某些高分子链有相互排斥作用，随c的减少，hsp/c却反常的增大，这称作聚电解质行为。通常可加入少量小分子电解质作为抑制剂，利用同离子效应抑制聚电解质行为。又如某些高聚物在溶液中会发生降解，会使[h]和Mh结果偏低，可加入少量的抗氧化剂以抑制降解。温度的波动可直接影响到溶液粘度的测定，因此恒温槽的控温精度是很重要的。一般而言，对于不同的溶剂和高聚物，温度波动对粘度的影响程度不同。h=AeB/RT此外溶液浓度选择不当或浓度不准确，测量过程中因微粒杂质局部堵塞毛细管而影响流经时间及毛细管垂直发生改变等都对作图线性产生较大的影响第十七页，共十八页，编辑于2