粘度法测高聚物相对分子质量

粘度法测高聚物相对分子质量粘度法测高聚物相对分子质量 一、一、 实验要求实验要求 (1)了解粘度法测定高聚物相对分子质量的基本原理和公式。 (2)测定聚乙二醇的黏均分子量。 (3)掌握用乌贝路德（Ubbelohde）黏度计测定黏度的方法。 (4)用Origin或Excel处理实验数据。 二、二、 实验原理实验原理 相对分子质量是表征化合物特征的基本参数之一。但高聚物分子量大小不 一，参差不齐，一般在 范围如下： 端基分析， 渗透压， 。 其中黏度法设备简单，操作方便，有相当好的实验精度，但黏度法不是测相 对分子质量的绝对方法， 因为此法中所用的特性黏度与相对分子质量的经验方程 是要用其他方法来确定的，高聚物不同，溶剂不同，相对分子质量范围也不同， 就要用不同的经验方程式。 高聚物在稀溶液中的黏度，主要反映了液体在流动时存在着内摩擦。在测高 聚物溶液黏度求相对分子质量时，常用到下面一些名词（见下表） 。 名词与符号 纯溶剂黏度（） 溶液黏度（ ） 物理意义 溶剂分子与溶剂分子间的内摩擦表现出来的黏度 溶剂分子与溶剂分子间、高分子与高分子之间和 高分子与溶剂分子之间，三者内摩擦的综合表现 相对黏度（） 增比黏度（） ，溶液黏度对溶剂黏度的相对值 ，高分 子与高分子之间，纯溶剂与高分子之间的内摩擦 效应 比浓黏度（ 特性黏度（ ） ） 单位浓度下所显示出的浓度 ，所以通常所测高聚物的相对分子质量是平均相 ； 沸点升高， 凝固点降低， 等温蒸馏， ；起离心沉降及扩散， ； ；黏度法， 对分子质量。测定高聚相对分子质量的方法很多，对线型高聚物，各方法适用的 ；光散射， — 溶液相对黏度的自然对数与自然浓度之比值 比浓对数黏度（ 注意： 因为和是无因次量， 和的单位是由浓度 c 的单位而定， 通常采用。 ） 如果高聚物分子的相对分子质量越大， 则它与溶剂间的接触表面也越大，摩 擦就越大， 表现出的特性黏度也大。特性黏度和相对分子质量之间的经验关系式 为 (2-98) 式中，M 为黏均分子质量；K 为比例常数； 为与分子形状相关的经验参数。 K 和 值与温度、聚合物、溶剂性质及相对分子质量大小有关。K 值受温度的影 响较明显，而 值主要取决于高分子线团在某温度下，某溶剂中舒展的程度，其 数值介于。K 与 的数值可通过其他绝对方法确定，如渗透压发、光散射发 。 等，从黏度法只能测定得 根据实验，在足够稀的溶液中有 (2-99) (2-100) 以及对 作图得两条直线， 外推到,这两条直线在纵坐标轴上相 交于同一点，如图2-57 所示，可求出 即 数值。为了绘图方便，引进相对浓度 , 。式中，c 为溶液的真实浓度；为溶液的起始浓度。由图 2-57 可知， 式中，A 为截距。 欢迎下载2 — 黏度测定中异常现象的近似处理。 在特性黏度测量过程中，有时并非操作不 慎，而出现对 c 图与对 c 图外推到时，在纵坐标轴上并不交于一点 的异常现象。 在式 （2-99） 中和值与高聚物结构和形态有关， 而式 （2-100） 的物理意义不太明确。因此出现异常现象时，以曲线求值。 黏度测定的方法主要有毛细管法、 转筒法和落球法。在测定高聚物分子的特 性黏度时，以毛细管流出法的黏度计最为方便。若液体在毛细管黏度计中，因重 力作用而流出时，可通过泊肃叶（Poiseuille）公式计算黏度。 (2-101) 式中， 为液体的黏度； 为液体的密度；L 为毛细管的长度；r 为毛细管的半径； t 为流出的时间；h 为流过毛细管液体的平均液柱高度；V 为流经毛细管的液体 体积；m 为毛细管末端校正的参数（一般在时，可以取 m=1） 。 对于某一只指定的黏度计，式（2-101）可以写成下式 (2-102) 式中，,当流出的时间 t 在 2min 左右（大于 100s） ，该项（也称动能校正 ） ，所以溶项）可以从略。又因通常是在稀溶液中进行测定（ 液的密度和溶剂的密度近似相等，因此可将 写成： (2-103) 式中，t 为溶液的流出时间；为纯溶剂的流出时间。所以通过溶剂和溶液在毛 细管中的流出时间，从式（2-103）求得，再由图 2-57 求得 。 欢迎下载3 — 三、三、 实验仪器和药品实验仪器和药品 1.1. 仪器仪器 恒温槽 1 套；乌贝路德黏度计 1 只；移液管，25ml2 只，停表 1 只；洗耳球 1 只；螺旋夹 1 只；橡皮管（约 5cm 长）2 根。 2.2. 药品药品 聚乙二醇；蒸馏水。 四、四、 实验步骤实验步骤 本实验用的乌贝路德黏度计， 又称气承悬柱式黏度计。它的最大优点是可以 在黏度计里逐渐稀释从而节省许多操作手续，其构造如图 2-58 所示。 (1)先用洗液将黏度计洗净，再用自来水、蒸馏水分别冲洗几次，每次都要 注意反复冲洗毛细管部分，洗好后烘干备用。 (2)调节恒温槽温度， 在黏度计的B管和C管上都套上橡皮管， 然后将其垂直放入恒温槽，使水面完全浸没 1 球。 (3)溶液流出时间的测定。 用移液管分别吸取已知浓度的聚乙二醇溶液 10ml 和蒸馏水 5ml，由A 管注入黏度计中，在C 管处用洗耳球大气，使溶液混合均 匀，浓度记为，恒温 10min，进行测定。测定方法如下：将 C 管用夹子加紧 使之不通气，在 B 管用洗耳球将溶液从 4 球经 3 球、毛细管、2 球回抽至 1 球 2/3 处，解去夹子，让 C 管通大气，此时 3 球内的溶液即回入 4 球，使毛细管 以下的液体悬空。毛细管以上的液体下落，当液面流经a 刻度时，立即按停表 开始记时间，当液面降至 b 刻度时，再按停表，测得刻度 a、b 之间的液体流 经毛细管所需的时间。重复这一操作至少 3 次，它们间相差不大 0.3s，取三次 的平均值为。然后依次由A 管用移液管加入 5ml，5ml，10ml，15ml 蒸馏水， 将溶液稀释，使溶液浓度分别为,,,，用同法测定每份溶液流经毛细管 的时间， ， ， 。应注意每次加入蒸馏水后，要充分混合均匀，并抽洗黏 度计的 1 球和 2 球，使黏度计内溶液各处的浓度相等。 (4)溶剂流出时间的测定。用蒸馏水洗净黏度计，尤其要反复流洗黏度计的 毛细管部分。然后由 A 管加入约 15ml 蒸馏水。用同法测定溶剂流出的时间 。 实验完毕后，黏度计一定要用蒸馏水洗干净。 五、实验注意事项实验注意事项 (1)黏度计必须洁净，高聚物溶液中若有絮状物，不能将它移入黏度计中。 (2)本实验溶液的稀释是直接在黏度计中进行的，因此每加入一次溶剂进行 稀释时必须混合均匀，并抽洗 E 球和 G 球。 (3)实验过程中恒温槽的温度要恒定，溶液每次稀释恒温后才能测量。 欢迎下载4 — (4)黏度计要垂直放置，实验过程中不要振动黏度计，否则将影响实验结果 的准确性。 (5)高聚物在溶剂中溶解比较缓慢，在配制溶液时一定要使其完全溶解，否 则将影响溶液的起始浓度，而导致结果偏低。 (6)用洗耳球抽溶液时一定不要将溶液吸到洗耳球。 六、 实验数据及处理 （1） 将所测得的实验数据及计算结果填入下表中。 原始溶液浓度：0.04g/ml恒温温度：30℃ c/(g/mL) 0.0270 0.0200 0.0160 0.0114 0.0088 蒸馏水 t 1/s