粘度法测定高聚物的平均分子量

-PAGE1-重庆大学实验报告学生姓名谭祈超学号20195405专业化学类年级、班级2019级05班课程名称基础化学实验4-Ⅱ 实验项目实验类型：□验证□设计综合实验时间2021年5月22日实验指导老师李文坡实验教室DS2B301【评阅意见】【实验目的和要求】掌握粘度法测定高聚物平均分子量的原理和方法。掌握使用乌贝路德粘度计测定液体粘度的方法。【实验原理和方案】实验原理高聚物的分子量是表征高聚物理化性能的重要参数之一。高聚物是由具有相同的化学组成而聚合度不等的同系物的混合物组成。因此，高聚物的分子量不均一，具有多分散性的特点，分子量一般在103～107之间，所以通常所测高聚物的分子量是平均分子量。粘度法测定高聚物分子量，可测分子量的范围在104～10高聚物稀溶液的粘度是它在流动过程中分子之间的内摩擦的反映。其中溶剂分子之间的内摩擦又称为纯溶剂的粘度，以η0表示。在同一温度下，高聚物溶液的粘度一般要比纯溶剂的粘度大些，即η>η0η式中:ηr=ηη0称为相对粘度，反映的仍是整个溶液粘度的行为，而ηsp扣除了溶剂分子间的内摩擦即只是纯溶剂与高聚物分子间以及高聚物分子之间的内摩擦。ηsp的大小将随limη主要反映了高聚物分子与溶剂分子之间的内摩擦作用，称为高聚物溶液的特性粘度。高聚物分子量可通过测定高聚物溶液的特性粘度η，再由Mark-Houwink非线性方程求得。η式中:M为高聚物的平均分子量，K、a为常数,与高聚物、溶剂、温度等因素有关，其数值可通过其它绝对方法确定。a值一般在0.5~1之间。对聚丙稀酰胺溶于硝酸钠溶剂中，30°C粘度的测定按照液体流径毛细管的速度来进行。根据泊塞勒(Poiseuille)公式:η式中:V为流径毛细管液体的体积，r为毛细管半径，ρ为液体的密度，l为毛管的长度。t为流出时间，h是流过毛细管液体的平均液柱高度。g为重力加速度，m为与毛细管形状有关的参数（当r≪1时,m=1)。使用同一支粘度计，h、当流出时间t大于100s时第2项可以忽略。对于高聚物的稀溶液，溶液的密度ρ与纯溶剂的密度ρ0η式中:t为溶液的流出时间，t0当高聚物溶液的浓度足够稀时，有下列经验公式:ηln式(6)、(7）是两线性方程，式中k、β分别称为Huggins、Kramer常数。如果以ηspc或lnη为了计算方便，引进相对浓度c'，令c其中c表示溶液的真实浓度，c1A=B=kD=β得：ηln如图，若以ηspc'或lnηrc'实验方案高聚物溶液的配制本实验使用1mol∙L-1硝酸钠溶液为溶剂。称取0.1g的聚丙烯酰胺放入100mL容量瓶中，注入60mL左右的硝酸钠溶液，待聚丙烯酰胺全部溶解后再加硝酸钠溶液定容至刻度，摇乌贝路德粘度计的使用乌贝路德粘度计又叫气承悬柱式粘度计，其构造如图所示。首先将粘度计用洗液浸洗，再用自来水，蒸馏水清洗三次，放在烘箱中烘干，冷却后备用。溶剂流出时间的测定先用硝酸钠溶剂润洗粘度计1~2次，再用移液管准确取16mL硝酸钠溶剂由A注入粘度计中。B管及C管均套上胶管，用夹子夹紧C管使之不漏气。然后置于30℃恒温水中预热，恒温水面应超过G球。严格保持粘度计处于垂直位置。恒温5~10min后，将C管用夹子夹紧使之不通气，在B管用洗耳球将溶液从F球经D球、毛细管、E球抽至G球中部，解去夹子，让C管通大气，此时D球内的溶液即回入F球，使毛细管以上的液体悬空。毛细管以上的液体下落，当液面流经a刻度时，立即按停表开始记时，当液面降至b刻度时，再按停表结束计时，测得刻度a、b之间的液体流经毛细管所需时间。重复测量至少3次，使时间相差不大于0.2s，取3次测量的平均值即为溶剂的流出时间t0溶液流出时间的测定待t0测完后，用移液管由A管从F球中准确取出8mLNaNO3溶剂，然后准确取8mL聚丙烯酰胺溶液，注入粘度计。在B管用洗耳球将溶液反复抽洗粘度计的E球，使粘度计内的溶液混合均匀，恒温5min，测c按照（1）的操作方法，依次分别在做完上一实验的溶液中，加入8mL溶剂，稀释成浓度为c'=14;取出8mLc'=14混合液，加入8mL溶剂稀释成浓度为c'=【实验器材】仪器:乌氏粘度计1支，恒温槽一套，秒表1只，10mL移液管3支，洗耳球1个，螺旋夹1只。试剂:聚丙烯酰胺(AR),NaNO【实验过程】原始数据数据处理c流出时间（s）ηηηlnln测量次数平均值12溶剂77.9375.99t0=76.96100c01/277.1577.33t0=77.241.003640.003640.007280.003630.007271/476.9777.02t0=77.091.001690.001690.006760.001680.006751/876.8179.1t0=77.961.01230.01230.09840.012220.09781/1677.176.6t0=76.850.99857-0.00143-0.02288-0.00143-0.02289计算：由图可知，D又有A=η【实验结果及分析讨论】误差分析高聚物相对分子质量是表征聚合物特征的基本参数之一，相对分子质量不同，高聚物的性能差异很大。本次实验理论上应该得到两条直线重合于一点。但由图可知,直线线性很差，两条直线的斜率都为正值，二者截距不同，因此用外推法得到的相对分子量参考价值不大。分析可能是因为溶液浓度太稀，测定的t和t0很接近，导致η思考题乌氏粘度计毛细管太粗太细各有何特点?答:乌氏粘度计的毛细管太粗的时候，流速过快，可能导致测的时间太快而未能及时反应，因而测出来的时间可能不准确;乌氏粘度计的毛细管太细，流速过慢，虽然读数较为精确，但花费的时间也较长。所以，乌氏粘度计粗细应该适当。为什么强调粘度计一定要干净、无尘?答:黏度计中如果不干净，会影响液体的流速，若溶解在溶液中，还会使溶液的成分发生变化，对分子量的测定结果影响较大。特性黏度是溶液无限稀释时的比浓黏度，它与纯溶剂的黏度是否一样，为什么要用来测量高聚物的分子量?