实验二粘度法测定高聚物分子量

1、实验二粘度法测定高聚物的分子n适用对象化学教育实验学时5学时一、实验目的1、学握粘度法测定高聚物相对分子质量的原理。2、用乌氏粘度计测圮聚乙烯醇的特性粘度，计算聚乙烯醇的粘均相对分子质量。二、实验原理单体分子经加聚或缩聚进程即可合成髙聚物。并非高聚物每一个分子的大小都相同，即 聚合度不必然相同，所以高聚物摩尔质量是一个统汁平均值。对于聚合和解聚进程的机理和 动力学的研究，和为了改良和控制高聚物产品的性能，髙聚物摩尔质量是必需掌握的重要数 据之一。髙聚物溶液的特点是粘度特别大，原因在于其分子链长度远大于溶剂分子，加上溶剂化 作用，使苴在流动时受到较大的内摩擦阻力。粘性液体在流动进程中，必需克服内

2、摩擦阻力而做功。英所受阻力的大小可用粘度系数 n （简称粘度）来表示（kg nT s_1）o高聚物稀溶液的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 的内摩擦力，记作n。，髙聚物溶液的粘度则是高聚物分子间的内摩擦、高聚物分子与溶剂 分子间的内摩擦和耳。三者之和。在相同温度下，通常n>n0,相对于溶剂，溶液粘度增加的 分数称为增比粘度，记作口”即n：P=（ n-Qo） / no而溶液粘度与纯溶剂粘度的比值称作相对粘度，记作口，即n r= n / n o"反映的也是溶液的粘度行为，而口巾则意味着已扣除溶剂分子间的内摩擦效应，仅 反映了高聚物分子与溶剂分子间和高聚

3、物分子间的内摩擦效应。髙聚物溶液的增比粘度耳方往往随质量浓度c的增加而增加。为了便于比较，将单位浓 度下所显示的增比粘度口卩/c称为比浓粘度，而innr/c则称为比浓粘度。当溶液无穷稀 释时，高聚物分子彼此相隔甚远，它们的彼此作用可忽略，现在有关系式口 称为特性粘度，它反映的是无穷稀释溶液中髙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髙聚物分子的大小和形态。由于和n 掘翌蛍韓 理塑叮 的单位是质量浓度C单位的倒数。"TO cc在足够稀的髙聚物溶液里，n 2p/c与c和In n r/c与c之间别离符合下述经验关系式:nsp/c=Lnj+k LnJ-cinn,/c=n-pn3

4、c上两式中k和B别藹称为Huggins和Kramer常数。这 是两直线方程，通过5/C对C或in n r/C对C作图，外推 至c二o时所得截距即为n°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，如右图所示。髙聚物溶液的特性粘度n 与髙聚物摩尔质量之间求特度图的关系，通常常利用带有两个参数的Mark-Houwink经验方程式来表示:式中是粘均摩尔质量，K.。是与温度、髙聚物及溶剂的性质有关的常数，只能通 过一些绝对实验方式（如膜渗透压法、光散射法等）肯左.聚乙烯醇水溶液在251时K二2X10 a=；在 30°C时 K=X 10" a =.三、仪器

5、设备恒温槽1套乌贝路徳粘度计（如图）1只移液管（10mL、20mL、5mL）各1 只秒表1块容量瓶（lOOmL）2个洗耳球1只聚乙烯醇四、相关知识点本课程知识点综合：（-）乌氏粘度计的利用原理图3-95乌氏粘度计8/V8/V本实验采用毛细管法测左粘度，通过测肚必然体积的液体叫丄土幽乂 "3工细管 所需时刻而取得。本实验利用的乌氏粘度计如下图所示。当液体在重力作用下流经毛细管时, 其遵守Poiseuille定律:式中n （kgm"s_1）为液体的粘度：P（kgm'1 - s'2）为当液体流动时在毛细管两头间的压力差（即是液体密度P,重力加 速度g和流经毛细管液

6、体的平均液柱高度h这三者的乘积）；r （m）为毛细管的半径；V （m5）为流经毛细管的液体体积；t （s）为V体积液体的流出时刻；1 （m）为毛细管的长度。用同一粘度讣在相同条件下测定两个液体的粘度时,它们的粘度之比就等于密度与流岀 时刻之比= PZ = P"“2 Pif2 P4若是用已知粘度n：的液体作为参考液体，则待测液体的粘度g可通过上式求得。在测定溶剂和溶液的相对粘度时，如溶液的浓度不大（C<10kg m7）,溶液的密度与溶 剂的密度可近似地看做相同，故，Tlr= =丄所以只需测左溶液和溶剂在毛细管中的流出时刻就可取得X。多课程知识点综合：（-）高分子分子呈的其它测定方

7、式髙聚物的分子量及分子量散布，是研究聚合物及髙分子材料性能的最大体数据之一。 它涉及到高分子材料及其制品的力学性能，高聚物的流变性质，聚合物加工性能和加工条件 的选择。也是在髙分子化学、高分子物理领域对具体聚合反映，具体聚合物的结构研究所需 的大体数据之一。（1）小角激光光散射法测重均分子疑（MJ当入射光电磁波通过介质时，使介质中的小粒子（如高分子）中的电子产生强迫 振动，从而产生二次波源向各方向发射与振荡电场（入射光电磁波）同样频率的散射光波。 这种散射波的强弱和小粒子（髙分子）中的偶极子数量相关，即和该髙分子的质虽:或摩尔质 屋有关。根据上述原理，使用激光光散射仪对髙分子稀溶液测定和入射光

8、呈小角度（2°C- 7°C）时的散射光强度，从而汁算出稀溶液中髙分子的绝对重均分子量（吐）值。采用动态 光散射的测定能够测立粒子（高分子）的流体力学半径的散布，进而计算取得高分子分子量 的散布曲线。（2）体积排除色谱法（SES）（也称凝胶渗透色谱法（GPC）当髙分子溶液通过填充有特种多孔性填料的柱子时,溶液中髙分子因其分子量的 不同，而呈现不同大小的流体力学体积。柱子的填充料表面和内部存在着各种大小不同的孔 洞和通道，当被检测的髙分子溶液随着淋洗液引入柱子后，髙分子溶质即向填料内部孔洞渗 透，渗透的程度和髙分子体积的大小有关。大于填料孔洞直径的髙分子只能穿行于填料的颗 粒之

9、间，因此将首先被淋洗液带出柱子，而英他分子体积小于填料孔洞的髙分子，则可以在 填料孔洞内滞留，分子体积越小，则在填料内可滞留的孔洞越多，因此被淋洗岀来的时间越 长。按此原理，用相关凝胶渗透色谱仪，可以得到聚合物中分子量分布曲线。配合不同组分 高分子的质谱分析，可得到不同组分高分子的绝对分子量。用已知分子量的高分子对上述分 子量分布曲线进行分子量标泄，可得到各组分的相对分子疑。由于不同高分子在溶剂中的溶 解温度不同,有时需在较髙温度下才能制成高分子溶液，这时GPC柱子需在较高温度下工作。（3）质谱法质谱法是精确测左物质分子疑的一种方法，质谱测定的分子量给出的是分子质疑 m对电荷数Z之比，即质荷比

10、（m/Z）过去的质谱难于测左高分子的分子量，但近20余年由 于我的离子化技术的发展，使得质谱可用于测左分子量高达百万的髙分子化合物。这些新的 离子化技术包括场解吸技术（FD），快离子或原子轰击技术（FIB或FAB）,基质辅助激光解 吸技术（MALDI-TOF MS）和电喷雾离子化技术（ESI-MS）。由激光解吸电离技术和离子化飞 行时间质谱相结合而构成的仪器称为'基质辅助激光解吸一离子化飞行时间质谱”（MALDI-T0FMS激光质谱）可测量分子量分布比较窄的高分子的重均分子量（九）。由电喷 雾电离技术和离子阱质谱相结合而组成的仪器称为"电喷雾离子阱质谱”（ESI-ITMS电喷

11、 雾质谱）。可测虽髙分子的重均分子量（见）。（4）其他方式测泄高分子分子量的其他方法还有：端基测左法，沸点升髙法，冰点降低法，膜 渗透压法，蒸汽圧渗透法，小角X光散射法，小角中子散射法，超速离心沉降法等。五、实验步骤1. 将恒温水槽调至25°C±0. 3°C。2. 溶液配制 准确称取聚乙烯醇0. 5g （称准至0. 001g）于100ml有塞三角瓶中，加入 约60ml蒸馅水溶解，因不易溶解，可在6（TC水浴中加热数小时，待其颗粒膨胀后，放在电 磁搅拌器上加热搅拌，加速其溶解，溶解后，小心转移至100ml容量瓶中，将容量瓶置入恒 温水槽内，加蒸憾水稀释至刻度（或由教

12、师预备）。3. 测左溶剂流岀时刻t0将粘度il垂直夹在恒温槽内，用吊锤检査是不是垂直。将20ml 纯溶剂自A管注入粘度讣内，恒温数分钟，夹紧C管上连结的乳胶管，同时在连接B管的乳 胶管上接洗耳球慢慢抽气，待液体升至G球的1/2左右即停止抽气，打开C管乳胶管上夹子 使毛细管内液体同D球分开，用停表测左液而在a、b两线间移动所需时刻。重复测左3次, 每次相差不超过，取平均值。54. 测立溶液流出时刻t掏出粘度计，倒岀溶剂，吹干。用移液管吸取15ml已恒温的 高聚物溶液，同上法测左流经时刻。再用移液管加入5ml已恒温的溶剂，用洗耳球从C管鼓 气搅拌并将溶液慢慢地抽上流下数次使之混合均匀，再如上法测泄

13、流经时刻。一样，依次再 加入5ml、10ml、20ml溶剂，一一测定溶液的流经时刻。实验结朿后，将溶液倒入回收瓶内，用溶剂仔细冲洗粘度讣3次，最后用溶剂浸泡，备 下次用。六、实验报告要求实验完中，应尽快写岀实验报告，及时交上。实验报告一般包括以下内容：实验（编号）实验名称专业班级姓名合作者实验日期实验报告应写岀如下内容：（-）实验目的（-）实验原理用文字、化学反映式及计算公式等说明，既要表述正确、层次淸楚，又要尽可能的简捷 明了。（对于本实验，应画出实验装苣图。）（三）主要试剂和仪器列出本实验中所要利用的主要试剂仪器。（四）实验步骤应简明扼腹地写出本实验步骤流程和操作要点。（五）实验数据及其处

14、置1将数据与处置结果列表2. 以（lnaJ/c及（n Sp） /c别离对c作图,作线性外推至C-0求q。3. 取常数K、a值，计算出聚乙烯醇的粘均摩尔质（六）问题讨论结合物理化学中有关理论对实验中的现象、产生的过失和实验误差等进行讨论和分析, 以提髙自己分析问题、解决问题的能力，也为以后的科学研究打下必然的基础。七、试探题1. 乌氏粘度汁中的支管C的作用是什么？可否去除C管改成双管粘度il利用？为何？ 在测左流出时刻时，C管的夹子忘记打开了，所测的流岀时刻正确吗？为何？2. 粘度计为何须须垂直，为何整体积对粘度测定没有影响？八、实验成绩评定办法本实验成绩按如下五级标准进行考核评泄。参考标准如下

15、：（-）优秀（专门好）能正确理解实验的目的要求：能独立、顺利而正确地完成各项实验操作；会分析和处置 实验中碰到的问题；能掌握所学的各项实验技术：能较好地完成实验报告及其它各项实验作 业；有必然创造精神和能力；有良好的实验室工作作风和适应。（-）良好（较好）能理解实验的目的和要求，能认真而正确地完成各项实验操作：能分析和处置实验中碰 到的一些问题：能掌握绝大部份所学的实验技术，对难点较大的操作完成有困难：能一般完 成实验报告和其它实验作业；有较好的实验适应和工作作风。（三）中等（一般）能大体上理解实验目的要求：能认貞尽力进行各项实验操作，但技能较差：能分析和处 置实验中一些较容易的问题，掌握实验技术的大部份，有30%掌握得不好；能一般完成各项 实验作业和报告：处置问题缺乏层次，工作作风较好：能认真遵守各项规章制度，学习尽力。（四）合格（较差）只能机械地了解实验内容：能一般按图或按实验步骤“照方抓药”完成实验操作：能完 成60%所学的实验技术，有些虽可