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实验24黏度法测定高聚物的相对分子质量 24 1实验目的 1 学习用黏度法测定高聚物相对分子质量的原理 2 掌握用乌氏黏度计测定溶液黏度的方法 3 测定线型高聚物聚乙烯醇的相对分子质量 24 2实验原理高聚物是由单体分子在一定条件下 经加聚或缩聚而成 因聚合度的差异 高聚物中每一个分子的大小不一定相同 即高聚物不存在一个准确的绝对分子质量 只能在特定的条件下 测出其统计意义上的相对分子质量 测定高聚物相对分子质量的方法有多种 每种方法测出的相对分子质量所代表的物理意义也不尽相同 黏度法所测得的相对分子量称为黏均分子量 黏度法设备简单 操作较方便 是测高聚物相对分子质量的常用方法 黏度是流体流动过程中内摩擦的反映 高聚物的稀溶液在流动过程中 主要存在着高聚物分子之间的内摩擦 溶剂分子之间的内摩擦和高聚物分子与溶剂分子间的内摩擦 这些内摩擦的总和称为高聚物的黏度 用 表示 而溶剂分子之间的内摩擦称为纯溶剂的黏度 以 0表示 一般 比 0大得多 比 0增加的分数称为增比黏度 sp 定义 式中 r称为相对粘度 增比粘度 sp随溶液的浓度c增加而增加 为便于比较 定义 sp c为比浓粘度 当浓度c趋于零时 比浓粘度的极限值为 称为特性粘度 即 式中溶液浓度c的单位 通常采用g mL 1 特性粘度 主要反映了高聚物分子与溶剂分子之间的内摩擦 实验证明 在足够稀的高聚物溶液中有 在一定的温度和溶剂条件下 特性粘度 与高聚物的相对分子质量M间的关系 通常可用半经验的麦克非线性方程来表达 KM 以和对C作图 可得两条直线 这两条直线外推后在纵坐标轴上相交于同一点 如图24 1所示 其截距就是特性黏度 的单位是浓度单位的倒数 图24 1外推法求特性黏度 图24 2乌氏黏度计 式中K和 与温度 溶剂及高聚物性质等因素有关 当体系和温度确定时 它们是常数 可通过实验确定或由文献查出 聚乙烯醇的水溶液在30 时 K 0 0666 0 64 故只要测出聚乙烯醇溶液的特性黏度 就可计算出聚乙烯醇样品的相对分子质量M 由黏度法测得的M 称为黏均相对分子质量 测定高聚物溶液的黏度 用毛细管黏度计较方便 本实验采用乌氏黏度计 其结构如图24 2 用毛细管黏度计测定溶液的黏度时 根据泊塞勒公式 对于确定的黏度计 所测溶液的黏度 A t式中A为常数 为溶液的密度 t为溶液流经毛细管的时间 当用同一支黏度计在相同条件下测定溶液和溶剂的黏度时 通常高聚物溶液的浓度低于1 10 2g m 1 故溶液的密度 与纯溶剂的密度 0可视为相等 则溶液的相对黏度可表示为式中t0为纯溶剂流经毛细管的时间 准确称取0 5000 0 8000g聚乙烯醇 100mL锥形瓶 搅拌 稍加热使聚乙烯醇溶解 60mL蒸馏水 24 3实验步骤1 溶液配制 冷却至室温 加入2滴正丁醇 消泡剂 转移至100mL容量瓶中 定容 用3号玻璃砂芯漏斗过滤 2 仪器准备恒温槽温度调至 30 0 0 05 在洁净 干燥的乌氏黏度计C管端套上一段乳胶管 用夹子夹紧使之不漏气 然后 将黏度计垂直固定在恒温槽中 并使水面完全浸没G球 3 溶剂流出时间的测定 恒温10min 用洗耳球由B处将蒸馏水经毛细管吸入球E和球G中 重复三次 移开洗吸耳球并松开C管上端夹子 每次相差应小于0 2s取平均值 记为t0 使蒸馏水自由流下 用秒表记录液面从刻度线a下降至刻度线b时所需的时间 用移液管取10 00mL蒸馏水由A管注入黏度计 测完后将黏度计中的蒸馏水倒出 干燥后重新固定好 4 溶液流出时间的测定 恒温10min 用洗耳球将溶液吸到球G内 测定其流出时间 重复三次 依次由A管处用移液管加入5 00 5 00 5 00 10 00 10 00mL蒸馏水 每次相差应小于0 4s 取平均值 记为t1 将配好的聚乙烯醇溶液10 00mL从A管注入黏度计 其浓度记为C1 同样方法测定溶液的流出时间t2 t3 t4 t5 t6 用洗耳球将溶液反复吸到球G内几次 混合均匀后溶液浓度变为 C2 C3 C4 C5 C6 表24 1 24 4数据记录和处理 1 按表24 1记录和计算各项数据 2 作ln r c对c及 sp C对c的图 并外推至c 0 求出 3 由式 KM 计算聚乙烯醇的黏均相对分子质量M 24 5注意事项 1 聚乙烯醇溶液要准确配制且浓度要稀 溶解聚乙烯醇时 要耐心搅拌 小火加热 溶解要完全 2 黏度计必须洁净干燥 无灰尘 油污 3 若聚乙烯醇溶液形成泡沫 会直接影响流出时间的测定 甚至使实验不能进行 4 抽吸液体时应缓慢进行 避免形成气泡 若有气泡产生 可赶至F球中 24 6问题讨论 1 影响黏度准确测量的主要因素有哪些 2 溶液的特性黏度如何求得 24 7参考答案 1 影响黏度准确测量的主要因素有哪些 答 影响黏度准确测量的主要因素有 恒温槽温度的稳定性 溶液浓度的准确度 黏度计的洁净度