最全面粘度法测高聚物相对分子质量.doc

粘度法测高聚物相对分子质量一、 试验要求(1) 明白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) 把握用乌贝路德（Ubbelohde）黏度计测定黏度的方法；(4) 用Origin或Excel处理试验数据；二、 试验原理相对分子质量是表征化合物特点的基本参数之一；但高聚物分子量大小不一，参差不齐，一般在103~107，所以通常所测高聚物的相对分子质量是平均相对分子质量；测定高聚相对分子质量的方法很多，对线型高聚物，各方法适用的范畴如下：端基分析，<3104；沸点上升，凝固点降低，等温蒸馏，<3104；渗透压，104~106；光散射，104~107；起离心沉降及扩散，104~107；黏度法，104~107；其中黏度法设备简洁，操作便利，有相当好的试验精度，但黏度法不是测相对分子质量的肯定方法，由于此法中所用的特性黏度与相对分子质量的体会方程是要用其他方法来确定的，高聚物不同，溶剂不同，相对分子质量范畴也不同，就要用不同的体会方程式；高聚物在稀溶液中的黏度，主要反映了液体在流淌时存在着内摩擦；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）；名词与符号物理意义纯溶剂黏度（η0）溶剂分子与溶剂分子间的内摩擦表现出来的黏度溶液黏度（η）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（ηr）ηr=ηη0，溶液黏度对溶剂黏度的相对值增比黏度（ηsp）ηsp=（η-η0）η0=ηη0-1=ηr-1，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（ηspc）单位浓度下所显示出的浓度特性黏度（[η]）limc→0ηspc=[η]比浓对数黏度（ lnηrc ）溶液相对黏度的自然对数与自然浓度之比值精品.留意：由于ηr和ηsp是无因次量，ηspc和lnηrc的单位是由浓度c的单位而定，通常采纳gml；假如高聚物分子的相对分子质量越大，就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体会关系式为η=KMα 〔2-98〕式中，M为黏均分子质量；K为比例常数；α为与分子外形相关的体会参数；K和α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α值主要取决于高分子线团在某温度下，某溶剂中伸展的程度，其数值介于0.5~1；K与α的数值可通过其他肯定方法确定，如渗透压发、光散射发等，从黏度法只能测定得[η]；依据试验，在足够稀的溶液中有ηspc=η+Kη2c 〔2-99〕lnηrc=η+βη2c 〔2-100〕以ηspc及lnηrc对c作图得两条直线，外推到c→0,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η数值；为了绘图便利，引进相对浓度c,即c=cc1；式中，c为溶液的真实浓度；c1为溶液的起始浓度；由图2-57可知，η=Ac1式中，A为截距；黏度测定中反常现象的近似处理；在特性黏度测量过程中，有时并非操作不慎，而显现ηspc对c图与lnηrc对c图外推到c→0时，在纵坐标轴上并不交于一点的反常现象；在式（2-99）中K和ηspc值与高聚物结构和外形有关，而式（2-100）的物理意义不太明确；因此显现反常现象时，以ηspc-c曲线求η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便利；如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）公式运算黏度；精品. ηρ=πhr4t8LV-mV8πLt 〔2-101〕式中，η为液体的黏度；ρ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r/L≪1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ηρ=At-Bt 〔2-102〕式中，B<1,当流出的时间t在2min左右（大于100s），该项（也称动能校正项）可以从略；又因通常是在稀溶液中进行测定（c<110-2g/cm3），所以溶液的密度和溶剂的密度近似相等，因此可将ηr写成： ηr=ηη0=tt0 〔2-103〕式中，t为溶液的流出时间；t0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ηr，再由图2-57求得η；三、 试验仪器和药品1. 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. 药品聚乙二醇；蒸馏水；四、 试验步骤本试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步稀释从而节约很多操作手续，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，每次都要留意反复冲洗毛细管部分，洗好后烘干备用；(2) 调剂恒温槽温度(30.00.1)℃，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，使溶液混合匀称，浓度记为c1，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，立刻按停表开头记时间，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；重复这一操作精品.至少3次，它们间相差不大0.3s，取三次的平均值为t1；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c2, c3, c4, c5，用同法测定每份溶液流经毛细管的时间t2，t3，t4，t5；应留意每次加入蒸馏水后，要充分混合匀称，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，特别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t0；试验完毕后，黏度计肯定要用蒸馏水洗洁净；五、 试验留意事项(1) 黏度计必需洁净，高聚物溶液中如有絮状物，不能将它移入黏度计中；(2) 本试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需混合匀称，并抽洗E球和G球；(3) 试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；(4) 黏度计要垂直放置，试验过程中不要振动黏度计，否就将影响试验结果的精确性；(5) 高聚物在溶剂中溶解比较缓慢，在配制溶液时肯定要使其完全溶解，否就将影响溶液的起始浓度，而导致结果偏低；(6) 用洗耳球抽溶液时肯定不要将溶液吸到洗耳球；六、 试验数据及处理（1） 将所测得的试验数据及运算结果填入下表中；原始溶液浓度：0.04g/ml 恒温温度：30℃c/〔g/mL〕t1/st2/st3t平均ηrlnηrηspηsp/clnηr/c0.0270 187.18 188.18 188.63 188.00 1.5942730.4664180.59427322.0101117.274730.0200 169.31 169.22 168.53 169.02 1.4333450.3600110.43334521.6672318.000530.0160 156.54 156.65 157.10 156.76 1.3294040.2847310.32940420.5877617.795680.0114 145.19 145.34 145.47 145.33 1.2324740.2090240.23247420.3924618.33540.0088 137.28 136.94 136.66 136.96 1.1614650.1496820.16146518.3483417.00937蒸馏水117.87 117.66 118.22 117.92 　　　　　〔2〕用Origin作ηspc-c及lnηrc-c图，并外推到c→0，由截距求出η；所以η=Ac1=17.638170.027=653.27精品.〔3〕由公式（2-98）运算聚乙二醇的黏均分子量K,α值；温度/℃K/〔m3/kg〕α251.5610-40.53012.610-60.78由于η=KMα=12.610-6M0.78=653.27，就M=7774445942就η=KMα=12.610-677744459420.78=653.27七、 试验摸索题(1) 乌贝路德黏度计中支管C有何作用？除去支管C是否可测定黏度？答：乌氏黏度计中的支管C的作用是当测定时B管中的液体在毛细管端出口处与A管中的液体断开，形成气承悬液柱，这样使液体流下时所受压力差dgh与A管中的液面高度无关；即与所加欲测液体的体积无关（故可直接在黏度计中来稀释液体），此外当液体从毛细管流出时沿D的球壁而下，防止了在出口处形成湍流的可能；除去支管C，仍可测液体黏度，此种名为奥氏（Ostwald）黏度计，这种黏度计在使用时每次测定所用液体的体积需相等；精品.(2) 黏度计的毛管太粗或太细有什么缺点？答：粘度计太粗的话可能会夹入空气，液体流出的时间也会过短，那么使用泊肃叶定律时就无法近似，也就无法用时间的比值来代替黏度；黏度计过细的话，大分子液体的流淌就会变得特别缓慢，甚至停滞不前，简洁造成堵塞，导致试验的失败；(3) 为什么用η来求算高聚物的相对分子质量？它和纯溶剂黏度有无区分？答：由于［η］值是抱负状态下纯溶剂的黏度，为特性黏度，是为了进一步排除高聚物分子之间的内摩擦效应无限稀释溶液浓度使得溶液的黏度行为反映高分子与溶剂分子之间的内摩擦得来的，其值与浓度无关，只与高聚物分子平均相对分子质量有关；而纯溶剂黏度是直接测得的，不是抱负状态下的，所以两者是有区分的；如有侵权请联系告知删除，感谢你们的协作！精品。