粘度法测定高聚物相对摩尔质量实验报告

粘度法测定高聚物的相对摩尔质量粘度法测定高聚物的相对摩尔质量 一 实验目的 一 实验目的 1 掌握乌氏粘度计测量粘度的原理与方法 2 掌握粘度法测定聚乙烯分子量的原理 过程与数据处理方法 二 实验原理 二 实验原理 由于高聚物的分子质量大小不一 参差不齐 且没有一个确定的值 故实 验测定某一高聚物的分子质量实际为分子质量的平均值 称为平均分子质量 即平均摩尔质量 根据测定原理与平均值计算方法上的不同 常分为数均分 子质量 质均分子质量 Z 均分子质量与粘均分子质量 对于同一聚合物 其测得的数均 质均 均或粘均分子质量在数值上往 往不同 人们常用渗透压 光散射及超离心沉降平衡等法测得分子质量的绝对 值 粘度法能测出分子质量的相对值 但因其设备简单 操作方便 并有很好 的实验精度 故是人们所常用的方法之一 粘度是液体流动时内摩擦力大小的反映 纯溶剂粘度反映了溶剂分子间内 摩擦效应之总与 而高聚物溶液粘度 是高聚物分子之间的内摩擦 高聚物分 子与溶剂分子间内摩擦以及溶剂分子间内摩擦三者总与 因此 通常高聚物溶 液的粘度 大于纯溶剂粘度 即 为了比较这两种粘度 引入增比粘 0 0 度的概念 以表示 sp 3 1 sp 0 0 1 r 式中为相对粘度 表示已扣除了溶剂分子间内外摩擦效应 只留下溶剂分 r sp 子与高聚物分子之间 高聚物分子相互间的内摩擦效应 其值随高聚物浓度而 变 Huggins 1941 年 与 Kraemer 1983 年 分别找出 C 称为比浓粘度 sp 以及 ln C 称为比浓对数粘度 与溶液浓度的关系 r 3 2 2 sp CKC 3 3 2 ln r CKC 实验发现 对同一高聚物 两直线方程外推所得截距交于一点 常数 为正值 一般为负值 且两者之差约为 0 5 值是与高聚物分子质量 K K 有关的量 并称之为特征粘度 3 4 0 lim sp c C 3 5 0 limln r c C 可见 反映了在无限稀溶液中溶剂分子与高聚物分子间的内外摩擦效应 它不仅与溶剂的性质 而且与高聚物的形态与大小有关 的单位是浓度的倒数 它的数值随溶液浓度的表示法不同而异 本实验 的浓度用 100mL 溶液中所含高聚物分子的克数作为浓度的单位 常用于描述高聚物分子质量与特征粘度的关系式是 Mark 经验式 3 6 KM 式中 是粘均分子量 K 与是与温度 高聚物及溶剂性质有关的常数 M K 值对温度较敏感 值主要取决于高聚物分子线团在溶剂中的舒展程度 在 良性溶剂中 高聚物分子呈线性伸展 与溶剂摩擦机会增加 值变大 反之 在不良溶剂中 值小 值一般在 0 5 1 之间 而 K 的具体数值只能通 过诸如渗透压 光散射等的绝对方法确定 现将常用的几种高聚物 溶剂体 系的数值列于下表 因在良性溶剂中 温度对的影响不很显著 因此 如果测定时的温度与 上表指定的温度有所不同 K 与值亦可近似适用 至此可知 高聚物的相对摩尔质量的测定最后归结为溶液特征粘度的测 高聚物溶剂T KK 104 聚乙烯醇 水 水 298 2 303 2 2 0 6 66 0 76 0 64 聚苯乙烯 苯 甲苯 293 2 298 2 1 23 3 70 0 72 0 62 聚甲基丙 烯酸甲酯 苯298 20 380 79 定 液体粘度的测定方法有三类 落球法 转筒法与毛细管法 前两种适用于高中 粘度的测定 毛细管法适用于较低粘度的测定 本实验采用毛细管法 当溶液在重力作用下流经毛细管粘度计时 根据 Poiseuille 近似公式 3 7 4 8 thg r Vl 式中 液体粘度 液体密度 l 与 r 毛细管长度与半径 t 体积 为 V 的液体流经毛细管的时间 h 液体流经毛细管液体的平均液柱高度 g 重力加速度 对某一指定毛细管粘度计 其 r h l 与 V 均为定值 则式 3 7 可改定写为 3 8 K t 式中 通常是在稀溶液中测定高聚物的粘度 故溶液的密度与 4 KhgrgVl 溶剂的密度近似相等 则溶液的相对粘度可表示为 3 9 00 00 r K tt Ktt 式中 t 与分别为溶液与纯溶剂的流出时间 0 t 实验中 只要测出不同浓度下高聚物的相对粘度 即可求得 C 与 sp sp ln C 作 C 对 C 与 ln C 对 C 图 外推至 C 0 时可得 如图 3 1 所 r sp r 示 在已知 K 值条件下 可由式 3 6 计算出高聚物的相对摩尔质量 三 仪器与药品 三 仪器与药品 仪器与材料 仪器与材料 恒温装置一套 乌氏粘度计 5mL 10mL 移液管 各 2 支 洗耳球 秒表 100mL 容量瓶 1 只 100mL 烧杯 1 只 3 号砂芯漏 斗 1 只 100mL 有塞锥形瓶 11 只 药品 药品 聚乙烯醇 A R 正丁醇 A R 无水乙醇 A R 四 实验步骤 四 实验步骤 1 1 聚乙烯醇溶液的配制聚乙烯醇溶液的配制 准确称取聚乙烯醇 0 500g 于烧杯中 加 60mL 蒸馏水 稍加热使之溶解 待冷却至室温后 转移至 100mL 容量瓶中 加入 0 25 0 3mL 正丁醇 消泡剂 在 298 2K 恒温约 10min 加水稀释至 100mL 如 溶液浑浊则用 3 号砂芯漏斗过滤后待用 图图 3 13 1 乌氏粘度计乌氏粘度计 2 2 安装粘度计 安装粘度计 所用粘度计必须洁净 有时微量的灰尘 油污等会产生局部的堵塞现象 影响溶液在毛细管中的流速 而导致较大的误差 所以在做实验前 应彻底洗 净 并放在烘箱中干燥 本实验采取乌氏粘度计 它的最大优点是溶液的 体积对测定没有影响 所以可以在粘度计内采取逐渐稀释的方法 得到的不同 浓度的溶液 在侧管 C 上端套一软胶管 并用夹子夹紧使之不漏气 调节恒温槽至 25 00 0 05 把粘度计垂直放入恒温槽中 使 G 球完全浸没在水中 放置位 置要合适 以便于观察液体的流动情况 恒温槽的搅拌马达的搅拌速度应调节 合适 不致产生剧烈震动 影响测定的结果 3 3 溶剂流出时间溶剂流出时间 t t0 0的测定的测定 用移液管取 10mL 已恒温的蒸馏水 由 A 注入粘度计中 待恒温 5 分钟后 利用吸球由 B 处将溶剂经毛细管吸入球 E 与球 G 中 注意 不要过快 以免溶 剂吸入吸球 然后除去吸球使管 B 与大气相通并打开侧管 C 之夹子 让溶剂 依靠重力自由流下 记录液面从 a 到 b 标线所用的时间 重复三次 任意两 0 t 次时间差不得超过 0 2s 取其平均值 4 4 溶液流出时间溶液流出时间 t t 的测定的测定 在原 10mL 蒸馏水中加入已知浓度的高聚物溶液 10mL 加入后封闭 B 管 用洗耳球通过 A 管多次唾弃液至 G 球 以洗涤 A 管 并使溶液混合均匀 然后 如步骤 3 测定该溶液的流出时间 同法测定加入 5 5 10 与 10mL 蒸馏水后 1 t 各浓度下溶液的流出时间 与 2 t 3 t 4 t 5 t 五 数据处理 五 数据处理 1 数据记录 mlgc100 500 0 0 流出时间 t s 测量值 123 平均值 纯溶剂 162 99163 20162 96163 05 r sp c sp r ln c r ln 0 2 1cc 211 99212 06212 05212 031 30040 30041 20160 26271 0508 0 5 2cc 201 21201 46201 32201 331 23480 23481 17400 21091 0545 0 3 1cc 194 70194 87194