粘度法测定高聚物分子量.docx

精品资料，欢迎大家下载！以上资料仅供参考，如有侵权，留言第一时间删除！粘度法测定高聚物分子量——东华大学一、实验目de高聚物de分子量是高分子材料最根本de结构参数之一.在科学研究和生产实践中,高聚物分子量对其加工成型以及产品de物理性能有着极其密切de联系,因此高聚物分子量de测定是鉴定高聚物性能de一个重要工程.通过本实验应到达以下目de：1、理解稀释粘度法测定高聚物分子量de根本原理；2、掌握本测定de方法；3、学会外推法作图求［、Kh、Kk值：4、掌握测定粘度de动能校正方法二、实验原理高聚物de分子量具有多分散性,无论用何种方法所测得de分子量,均为平■均分子量测定高聚物分子量de方法有多种,如端基测定法、渗透法、光散射法、超速离心法和粘度法等.由丁粘度法de设备简单,操作方便,因此应用最为普遍.但粘度法并非绝对de测定方法,根据大量de实验证明,马克〔Mark〕提出更符合丁实验结果de非线形方程式：KM(1)图11g~1gMde关系图该式实用性很广,式中k、值主要依赖丁大分子在溶液中de形态.无规线团形状de大分子在不良溶剂中呈十分蜷曲de形状,为0.5~0.8;在良de溶剂中,大分子因溶剂化而较为舒展,为0.8〜1;而对硬棒状分1g1gkigM(2)此为直线方程.从直线de斜率可求出,子,>1.关丁某一高聚物溶剂系deK、值de具体测量,可将〔1〕式两边取对数,得：从截距可求出K.一般采用de方法是将样品经分级,测定其各分级de［,用直接方法〔如渗透压法、光散射法、超速离心法等〕测定相应分子量就可作出1g［］和1gMde线性关系图,如图1所示.由直线de截距,斜率lgK可求出K和值.假设干高聚物溶剂体系deK、值,文献上发表很多,对涤纶在苯酚/四氯乙烷〔1:1〕体系中,温度25oC时:40.822.110M［］.其定义是当溶液用(3)式计算涤纶分子量中,必需用实验求出溶液de特性粘度浓度C趋丁零时,比浓粘度sp/Cde极限量,即：splim——c0C式中sp为增比粘度,sp1;为相对粘度,溶液粘度(s)―T-O溶剂粘度(s)sp,所以lnln(1两边除以C,12当Ct.时,sp)sp2spsp131可忽略高次项,那么得:314spsp4lnCCspCC0所以splimc0Clim—c0C特性粘度［1、稀释法(外推法)de求得,通常可用两种方法:系将溶液稀释成4〜5个不同de浓度,分别测其粘度,再由spCC或-一C作图C外推求出［］.最普通de外推是如下两个经验式:Huggins式:§Kh2CKramer式:—CKk2Csp按(5)、(6)、(7)三式关系,由c』Cde实验数据在同一图上作图,外推C至Ct0,两直线相交丁一点此截距即为［］.如图2所示.两条直线de斜率分别代表常数Kh和Kk.2、一点法为了简化实验操作,可在一个浓度下测spC或lgCspCigCC图2己对C和也一对Cde关系图CC定sp或,直接求出［］,不需要作浓度de外推,故称一点法.由一点法计算［］de公式很多,选用时要注意实验条件.例如,解(6)式可得:4Khsp1sp2KhC(8)假设某高聚物溶剂体系deKh值,那么可用(8)式计算求得［］,假设Kh+Kk=0.5,解(6)、(7)式联立方程,可得2spIn由作图外推法或一点法求得［］值后,如代入(3)式,那么可计算出高聚物de分子量.粘度法测定分子量是基聚物溶液在流动过程中所受阻力de大小时间t内流经毛细管de溶液体积；为流体粘度.在t时间内经毛细管de溶液体积V:于大分子在溶剂中移动是产生de摩擦力.一般用粘度表征高0相对粘度de测定是米用乌式粘度计.以V表小P为压力差：R为毛细管半径；L为毛细管de长度,(10)因Phg(为流体密度：g为重力加速度；h为液柱高)所以R4hgt8LV(11)实际上毛细管de半径与长度de测量较困难,故实测时都是求溶液粘度与溶剂粘度de比值,即相对粘度.当用同一支粘度计时,测定de溶液与溶液de体积不变,即V0=V.所以引.0(12)由于高聚物溶液粘度de测定,通常在极稀de浓度下进行,所以溶液和溶剂de密度近似相等,0,因此相对粘度可以改写为:(13)_里0t°(13)式必需符舍以下条件：(1)液体de流动没有湍流,(2)液体在管壁没有滑动；(3)促使流动de力,全部用丁克服液体间de内摩擦；(4)末端校正在L/R较大de情况下可以不计.对丁一般毛细管粘度计,假设考虑其促使流动de力,除克服其流动内摩擦外,尚有部分消耗丁液体流动时de动能,这局部能量de消耗需予以校正.设P表示液体动能消耗de压力差,那么校正后de粘度黑(PP)R4hgt8LVVm-8(14)式中m为仪器校正常数在相对粘度测定中,式中v、R、L、h、g都不变,令仪器常数A、B为:mV那么(14)式可简化为:At(15)丁是:BtAtA_BAttKtB0_AtL0B0tL0K.t0AAt0t00,所以At在极稀de溶液中At0ttKt0t0BKK式中A(16)中选择de乌氏粘度计t°100S时,动能校正值很小,可以忽略不计,那么三、仪器与试剂1、仪器三支管乌式粘度计；玻璃包温水浴；秒表；吸球;锥形瓶(50mL);砂型漏斗；移液管(10、20mL)2、试剂聚乙烯醇(PVA)de水溶液.X0t°四、实验步骤1、粘度计de选择：粘度计选择恰当与否,对分子量测定de准确性有很大de关系.由丁稀释法需测定不同浓度下de溶液粘度,最简便de方法是在粘度计里逐步把溶液稀释,这样流经E球ab两刻度所需时间,必须不受粘度计内溶液体积变化de影响,为此需采用气承悬:液柱式de稀释乌式粘度计.粘度计毛细管直径和E球大小de选择,务必使纯溶剂流经a、b两刻度de时间大丁100s,这样动能校正项可忽略不计.毛细管直径不宜小丁0.5mm,以防被堵塞影响流出时间de重现性.2、试样准备与溶解：配置浓度为1wt%,0.5wt%,0.25wt%,0.2wt%de聚乙烯醇〔PVA〕de水溶液3、粘度测定：在粘度计deB、C管上小心地接上医用橡皮管,用铁火火好粘度计deA管,然后把粘度计垂直地放丁已调温至35±0.1oCde玻璃包温水浴中,并使G球完全浸入在水面下.用移液管从A管注入10mL过滤溶液,包温约15min后,用火子〔或用手〕夹紧C管上de胶管,并用吸球〔或注射器〕从B管de胶管中将溶液从G管中部,取下吸球,开启C管使空气进入D球,形成一气承悬液柱,随后即用秒表记录溶液流经a、b两刻度所需时间to上述操作重复三次以上,误差不应超过0.2麟取其平■均值作为该浓度下溶液流出时间t.然后将粘度计请洗并烘干后,用移液管吸取10.0mL纯溶剂〔水〕丁粘度计中,在同样条件下,按上述方法测定其流经两刻度de时间t0o4、动能校正及仪器常数〔A、B〕de测定,仪器常数de测定通常有三种方法：〔1〕用两种标准液体在同一温度下分别测得流出时间；〔2〕用一种标准液体在不同外压下测其流出时间；〔3〕用一种标准液体不同外压下测出流出时间.本实验采用第一种方法,标准液体选用正丁醇和丙酮,其密度,粘度见表1.表1溶剂(g/cm3)(Pas)25oC30oC25oC30oC丙酮0.78310.77930.3075X10-30.295410-3正J-醇0.80570.80212.6300X10-32.271010-3通过式〔15〕可以求出A、B值,再利用公式〔16〕可计算动能校正后de粘度五、实验结果与数据处理1、根据:,sp1,求及F.将实验数据整理记录丁表2(包温槽温度：35C)表2毛细管直径=0.6mmt0=78.30s质量浓度(wt%)00.250.50.75实际浓度(g/100mL)00.25060.50250.7557流出时间(s)178.2995.62110.42134.70278.2895.63110.51134.62378.3295.61110.60134.68平均时间78.3095.62110.51134.671.2211.4411.720sp0.2210.4410.720spC未校正0.88190.81790.9528lnC未校正0.79680.68520.71762、作图外推求［］.用C及履Cde实验数据孝、%分别为纵坐标,浓度C为横坐标,将两条直线外推丁C=0,求出［］.C、¥C关系图1.2拟合直线得到:spy=0.1407x+0.8134截距n1=0.8134lnCC:y=-0.1564x+0.81192=0.8119]=0.81273、求直线de斜率,即常数Kh和Kk.利用实验数据通过(6)、(7)式计算求出Kh和Kk值.Huggins式:Kh2C(6)Kramer式:曾CKk2C右上图得：Kh=0.1407Kk=-0.15644、一点法计算［］.用公式(8),计算特性粘度［］.4Khsp2KhC(8)[]=当C=0.7557g/100ml时=0.8719按公式〔9〕计算特性粘度［］或简化公式〔8〕,由下式算得:ZspInr)[]=C=0.78885、计算分子量.从经验公式〔3〕计算涤纶de分子量.35C：K=16.6x10-3ml/gKM0.82⑶外推法：［=16.610-3M°.82=0.8127X100二M=31606一点法：3=16.6X0-3M0.82=0.7888X100二M=304776、实验数据处理〔见表2〕六、考前须知1. 使用乌式粘度计时,要在同一支粘度计内测定一系列浓度成简单比例关系de溶液de流出时间.每次吸取和参加de液体de体积要很准确.为了预防温度变化可能引起de体积变化,溶液和溶剂应在同一温度下移取.2. 在每次参加溶剂稀释溶液时,必须将粘度计内de液体混合均匀,还要将溶液吸到E线上方de小球内两次,润洗毛细管,否那么溶液流出时间de重复性差.3. 在使用有机物质作为聚合物de溶剂时,盛放过高分子溶液de玻璃仪器,应先用这种溶剂浸泡和润洗,待洗去聚合物利吹干溶剂等有机物质后,才可用铭酸洗液去浸泡,否那么有机物质会把铭酸洗液中de重铭酸钾复原,洗液将失效.4. 粘度计必须洁净,如毛细管壁上挂有水珠,需用吹风机吹干.5. 测定时粘度计要垂直放置,否那么影响结果曲准确性.6. 本实验中溶液de稀释是直接在粘度计中进行de,因此所用溶剂必须在与溶液所在同一包温槽中包温,然后用移液管准确量取并且充分混匀方可测定.七、思考题1、讨论影响分子量测定de主要因素.1、温度de。