实验六 粘度法测定高聚物摩尔质量.doc

实验六 粘度法测定高聚物摩尔质量一、实验目的1.掌握用乌氏（ubbelohde）粘度计测定高聚物平均摩尔质量的原理和方法；2.测定聚乙烯醇的特性黏度，计算其粘均摩尔质量。二、实验原理高聚物摩尔质量对它的性能影响很大，是个重要的基本参数。由于高聚物每个分子的聚合度不一定相同，因此一般高聚物是摩尔质量大小不同的大分子混合物，通常所测高聚物摩尔质量是一个统计平均值。测定高聚物摩尔质量的方法很多，测定的方法不同，所得的平均摩尔质量也有所不同。粘度法是常用的测定高聚物摩尔质量的方法之一，用粘度法所得的摩尔质量称为粘均摩尔质量。液体在流动过程中，必须克服内摩擦阻力而做功。其所受阻力的大小可用粘度系数（简称粘度）来表示（kgm-1s-1）。高聚物溶液的粘度一般要比纯溶剂的粘度0大得多，原因在于其分子链长度远大于溶剂分子，加上溶剂化作用，使其在流动时受到较大的内摩擦阻力。在相同温度下，溶液粘度增加的分数称为增比粘度sp，即sp=r1，r称作相对粘度，是溶液粘度与纯溶剂粘度的比值，即r=高聚物溶液的增比粘度sp随质量浓度C的增加而增加。为了便于比较，将单位浓度的增比粘度sp /C定为比浓粘度，而1nr/C则称为比浓对数粘度。当溶液无限稀释，浓度C趋于零时，高聚物分子彼此相隔甚远，它们的相互作用可忽略，此时有比浓粘度的极限值， 称为特性粘度，即特性粘度反映的是无限稀释溶液中高聚物分子与溶剂分子间的内摩擦，其值取决于溶剂的性质及高聚物分子的大小和形态，表明与高聚物摩尔质量有关。由于r和sp均是无因次量，所以的单位是质量浓度C单位的倒数。在高聚物溶液很稀时，sp/C与C和lnr/C与C分别符合下述经验关系式：图6-1外推法求特性粘度图上两式中和分别称为Huggins和Kramer常数。这是两直线方程，以sp/C对C或lnr/C对C作图，外推至C=0时所得截距即为。显然，对于同一高聚物，由两线性方程作图外推所得截距交于同一点，如图6-1所示。在一定温度和溶剂条件下，高聚物溶液的特性粘度与高聚物摩尔质量之间的关系，通常用带有两个参数的Mark-Houwink经验方程式来表示：式中是粘均摩尔质量，K、是与温度、溶剂及高聚物本性有关的常数，只能通过一些绝对实验方法（如膜渗透压法、光散射法等）确定。本实验是在30下，以蒸馏水为溶剂，测定聚乙烯醇的平均摩尔质量，在此条件下，K=6.6610-2，=0.64。（25时K=210-2，=0.76）因此测出了聚乙烯醇水溶液的特性粘度，就可以计算出聚乙烯醇的平均摩尔质量。图6-2 乌氏粘度计本实验采用毛细管法测定粘度，通过测定一定体积的液体流经毛细管所需时间而获得溶液的粘度。本实验使用的乌氏粘度计如图12-2所示。乌氏粘度计的最大优点是溶液的体积对测定没有影响，因此可以在粘度计内用逐渐稀释的方法，得到不同浓度溶液的黏度。当液体在重力作用下流经毛细管时，其遵守Poiseuille定律：式中： 液体的粘度（kgm-1s-1）；r 毛细管半径（m）；p 当液体流动时在毛细管两端间的压力差（即是液体密度，重力加速度g和流经毛细管液体的平均液柱高度h这三者的乘积）（kgm-1s-2）；t V体积液体的流出时间（s）；l 毛细管的长度（m）。V 流经毛细管的液体体积（m3）；用同一粘度计,=A,为一常数，则溶液很稀时，溶液的密度与溶剂的密度可近似地看作相同，则 这样通过测定溶液和溶剂在毛细管中的流出时间t和t0就可得到r，进而算出sp。三、仪器与试剂仪器：恒温槽一套，乌氏粘度计一支， 5ml移液管一支，10ml移液管二支，秒表（0.1s）一只。100ml容量瓶一只，3号玻璃砂芯漏斗一只，100ml具塞锥形瓶一只。试剂：聚乙烯醇（A.R.）其它：洗耳球一只，细乳胶管二根，弹簧夹一个，恒温槽夹三个。四、实验步骤1. 溶液配制：准确称取聚乙烯醇0.7g（称准至0.001g）于100ml具塞锥形瓶中，加入约60ml蒸馏水溶解（可在水浴中加热数小时，待其颗粒膨胀后，放在电磁搅拌器上加热溶解），然后小心转移至100ml容量瓶中，滴几滴正丁醇（消泡剂），加蒸馏水稀释至刻度。用3号玻璃砂芯漏斗过滤（可由实验室准备）。2. 调节恒温水槽至30。在干燥的乌氏粘度计B管和C管上各套一段乳胶管，然后将粘度计垂直夹在恒温槽内，要使粘度计尽量进入水中且能方便观察E球上下的a、b刻度线，检查并调整粘度计至垂直位置固定。3. 测定溶液流经毛细管时间t：用移液管吸取8ml聚乙烯醇水溶液，自A管注入粘度计内，恒温约10分钟。夹紧C管上的乳胶管，使其不漏气。在B管的乳胶管上用洗耳球慢慢抽气，将液体吸至G球的二分之一处，放开洗耳球，立即打开C管乳胶管上夹子。此时B、C两管均通大气，G球中的液面逐渐下降，当液面通过刻度a时，按下秒表，开始记录时间，当液面通过刻度b时，再按下秒表，记录液面由a至b所需时间t1。重复测定3次，每次相差不超过0.3s，取平均值。然后再用移液管依次加入4ml、4ml、4ml、8ml蒸馏水，每次加入蒸馏水后，用洗耳球将溶液慢慢地抽上流下数次使之混合均匀，得溶液浓度为c2、c3、c4、c5、逐一测定溶液流经毛细管的时间t2、t3、t4、t5。 4. 测定溶剂流经毛细管时间t0：取出粘度计，倒出溶液，用蒸馏水仔细清洗粘度计，尤其要注意清洗毛细管部分。将粘度计放回恒温水槽中，自A管注入蒸馏水，恒温约10分钟，用上法测得溶剂流经毛细管时间t0。实验中需注意的是：聚乙烯醇溶液易产生泡沫，如在G球至E球间及毛细管中有气泡时，直接影响流经毛细管时间的测定，此时可加入几滴正丁醇消除泡沫。并在测溶剂蒸馏水时加入同样多的正丁醇。F球中的液面不应高过D球与C管的连通处，否则影响测定结果。五、数据记录与处理1按表12-1记录并计算各种数据。溶液量(ml)溶剂量(ml)溶液浓度C1=C2= C1 C2= C1C2= C1C2= C1溶剂流出时间t0流出时间t1t2t3t(平均)r=sp=r-11nr(1nr)/C（sp）/C= =表12-1实验数据记录2.以(1nr)/C及（sp）/C分别对C作图，作线性外推至C0求。3.取常数、a值，计算出聚乙烯醇的粘均摩尔质量。六、思考题1. 乌氏粘度计中的支管C的作用是什么？2. 在测定流出时间时，C管的夹子忘记打开了，所测的流出时间正确吗？为什么？3. 粘度计为何必须垂直，为什么总体积对粘度测定没有影响？4. 为什么F球中的