粘度法测聚乙烯醇分子量及分子构型实验报告

1、广州大学化学化工学院 本科学生综合性、设计性实验报告实验课程 基础化学实验（）-物理化学实验 实验项目 粘度法测聚乙烯醇分子量及分子构型&粘度法测聚乙烯醇分子量及分子构型 专业 功能与材料化学 班级 化学133 学号 1305100066,1305100058 姓名 李智泽.陈远鸿 指导教师 苏育志, 陈旖勃 开课学期 2015 至 2016 学年 第一 学期 时 间 2015 年 12 月 15 日实验序号实验项目实验时间实验室411小组成员李智泽,陈远鸿1 实验目的(1) 以聚乙酸乙烯酯（PVAc）为原料制备聚乙烯酯（PVA）(2) 用乌氏粘度计测定自制PVA被高碘酸盐降解前后的黏均相对分

2、子质量(3) 计算PVA分子链中“头碰头”键合方式的比率(4) 定聚乙烯醇的相对平均分子质量； 掌握用乌氏粘度计测定溶液粘度的原理和方法。2实验原理、实验流程或装置示意图(1)聚乙烯醇的制备原理 聚乙烯醇（PVA）不能直接通过烯类单体聚合得到，而是通过聚乙酸乙烯酯（PVAc）的高分子反应获得的。与水解法相比，经醇解法生成的聚乙烯醇精制容易，纯度较高，产品性能较好，并在较为缓和的醇解条件下进行。PVAc在NaOH/CH3OH溶液中的醇解的主要反应为：在主反应中NaOH仅起催化作用，但是NaOH还可能参加反应（副反应）：当反应体系中含水量较大时，这两个副反应明显增加，消耗大量的氢氧化钠，从而降低对

3、主反应的催化效能，是醇解反应进行不完全。因此为了避免这些副反应，对物料的含水量应严格控制，一般在5%以下。（2） 乌氏粘度计测定溶液粘度的原理和方法测定液体结度的方法主要有三类: 毛细管黏度计测定液体在毛细管里的流出时间; 用落球式黏度计测定圆球在液体里的下落速率; 用旋转式黏度计测定液体与同心轴圆柱体相对转动的情况。 测定高分子的时，用毛细管黏度计最为方便。液体在毛细管黏度计内因重力作用而流出时遵守泊肃叶( Poiseuille) 定律式中,为液体的密度l是毛细管长度；r 是毛细管半径t 是流出时间h 是流经毛细管液体的平均液柱高度；g 为重力加速度;V是流经毛细管的液体体积；m 是与机器的

4、几何形状有关的常数，在r/l l 时，可取m=l。对某一指定的黏度计而言:令式中， 100s 时，等式右边第二项可以忽略。设溶液的密度与溶剂密度0。近似相等，这样，通过测定溶液和溶剂的流出时间t和t0 ，就可求算r。r=/0=t/t0进而可计算得到sp ，sp /c 和lnsp /c值。配制一系列不同浓度的溶液分别进行测定，以sp / c 和lnr /c 为纵坐标，c为横坐标作图，得两条直-线(两直线的方程如图II -19 - 2 所示) ，分别外推到c=0处，为了方便，引进相对浓度c ，即c=c/c0 。其中c 表示溶液的真实浓度；c0 表示溶液的起始浓度，由图II-19-2 可知，因为 ，

5、所以= A/c0，其中A 为截距。（3） 度和分子量的关系 实验证明，当聚合物、溶剂和温度确定以后，的数值只与高聚物的黏均相对分子质量M有关，它们之间的半经验关系用方程式表示为=KM,式中，K为比例常数，是与分子形状有关的经验常数。它们都与温度、聚合物、溶剂性质有关，在一定的相对分子质量范围内与相对分子质量无关。对于大多数聚合物来说，值一般在0.51.0之间，在良溶剂中值较大，接近0.8.溶剂能力减弱，值降低。 (4)PVA分子链中键合形式的测定原理 在聚乙烯醇中，一个 “头碰头”的键合是一个，乙二醇结构，而乙二醇能被高碘酸盐分解。本文通过黏度法来测定被高碘酸钾处理前后聚乙烯醇的相对分子质量，

6、从而求出 “头碰头”键合方式的几率。因为 “头碰头”键合的几率分子数的增加数目体系中总的单体数目。又因为分子数的增加数目和体系中总的单体数目与分子量成反比，所以根据：80.08（），式中 和分别为降解前后的平均黏均分子量，就可以计算出聚乙烯醇的 “头碰头”键合几率。3. 实验设备及材料 仪器：铁架台、恒温水浴、乌氏黏度计、移液管（2mL，5 mL，10mL）、机械搅拌器、 250 mL三口烧瓶、锥形瓶. 试剂：乙酸乙烯酯、引发剂、甲醇、乙醇、石油醚、高碘酸钾、蒸馏水等.4实验方法步骤及注意事项实验步骤现象备注1、聚乙酸乙烯酯 （PVAc）的制备 在铁架台装好搅拌器、冷凝管，向250ml三口烧瓶

7、中加入10ml甲醇和0.4gAIBN,开动搅拌，加热回流。开动搅拌开始时溶液澄清再加入25ml乙酸乙烯酯，升温至6065，持续反应23h，此时溶液变得黏稠，冷却结束反应,倒入陶瓷盘中于60烘箱烘至恒重得到PVAc；然后将全部PVAc加入40ml甲醇溶解，留待制备聚乙烯醇。液体变得粘稠，并冷却后能够拉成细丝。回流时间一定要耐心，直至溶液变得黏稠。不然不易出现产物。2、聚乙烯醇(PVA)的制备 在铁架台装好搅拌器、冷凝管，向250ml三口烧瓶中加入15ml6%氢氧化钠甲醇溶液，在25下缓慢滴加上述实验配好的聚乙酸乙烯酯甲醇溶液，约每2s1滴，滴加1.5h，当反应发现有凝胶块时，应停止继续加料，加大

8、搅拌强度，把凝胶打碎。杯壁出现大量白色的固体。提高醇解温度会使整个实验反应加快 进行，但是温度的提高，也会促进醋酸钠的生成 （副反应），使氢氧化钠加速消耗，反应不够完全，影响产品质量，而且温度过高，会促使产品脱水变黄。因此醇解实验温度控制在为宜滴完后在25下继续搅拌，反应0.5h，停止反应，沉淀用乙醇分3次洗涤，烘干至恒重。烘干后剩余白色与少量黄色的固体。3. 降解前聚乙烯醇溶液流出时间的测定 称量0.51.0g的聚乙烯醇于一烧杯中，加入100ml的蒸馏水，搅拌振荡，使固体加速溶解，也可微热加速溶解，待全部固体溶解后，冷却。溶液呈透明状但夹带一点黄色。安装好乌氏黏度计，温度保持在30 。用移液

9、管移取10ml的溶液至黏度计中，用洗耳球吸取溶液至黏度计小球中间，开始释放，至第1条刻度线开始计时，第2条刻度线停止，记录时间，重复3次，再把溶液稀释 至 原 来的1/2，1/3，1/4,1/5，测 定 时 间，重复3次。实验时间见后面表格。3、用高碘酸钾降解PVA及降解后PVA溶液流出时间的测定 用移液管移取上述PVA水溶液50ml，加入0.10.2g高碘酸钾于6070氧化降解，时间约为1h，冷却至室温。高碘酸钾溶解，溶液并无明显变化。用移液管移取10ml的溶液至黏度计中，用洗耳球吸取溶液至黏度计小球中间，开始释放，至第1条刻度线开始计时，第2条刻度线停止，记录时间，重复3次，再把溶液稀释至

10、原来的2/3，1/2，2/5，1/3，测定时间，重复3次。注意事项： （1） 测定时黏度计需要垂直放置，否则影响结果的准确性。实验过程中不要振荡黏度计。 （2） 黏度计和待测液体的清洁是决定试验成功的关键之一。若是新的黏度计，应先用洗液洗，再用自来水洗三次、蒸馏水洗三次，烘干待用。 （3） 在PVAc醇解实验过程中，每一样药品的量、温度、滴加速度和搅拌速率都要严格控制，不然实验会出现冻胶或是产品变黄，醇解度也要控制得极高，约99.8，不然因PVA不溶于甲醇会出现紫色的副产物。（4） 实验能否成功，在于搅拌过程中若出现团块状物，应停止滴加，加快搅拌速度，将团块状物打散，这样实验才能继续进行。因此

11、实验过程中必须保持高强度搅拌，有块状物时停止滴加，加大搅拌力度打碎块状物再继续进行实验。滴加速度保持2s/d，整个实验需要慢慢进行，这样也能防止副反应的进行。 （5） 由于黏度计的毛细管较细，很容易被溶剂中的颗粒杂质或溶液中不溶解的颗粒杂质所堵塞。为此，测定中所用的溶剂和制备溶液都必须经过砂芯漏斗的过滤。黏度计洗涤一般按照洗液、蒸馏水、干燥的步骤进行，用于洗涤黏度计的液体也必须经过砂芯漏斗的过滤。5实验数据处理方法PVA粘度测定记录表项目流出时间rspsp c lnrlnr c 测量值(s)平均值(s)123溶剂33.6333.3833.1433.38100溶液c42.1543.6643.20

12、43.001.2880.2880.2880.25310.2531c=1/237.9137.3136.8837.371.1200.1200.2400.11320.2264c=1/335.9035.0536.0035.651.0680.0680.2040.06580.1974c=1/435.5335.4035.4835.471.0630.0630.2520.06110.2444c=1/535.4535.4635.2835.401.0610.0610.3050.05920.2960降解后粘度测试记录表项目流出时间rspsp c lnrlnr c 测量值（s）平均值（s）123溶剂33.6333.38

13、33.1433.3810溶液c34.7135.2634.9634.981.0480.0480.0480.04690.0469c=2/334.3634.1834.4334.321.0280.0280.0420.02760.0414c=1/234.1134.0134.1934.101.0220.0220.0440.02170.0434c=2/533.8333.9334.2133.991.0180.0180.0450.01780.0445c=1/333.8933.9333.8433.881.0150.0150.0450.01490.0447数据处理：（1） 以对c作图，以对c作图，外推至c=0处，求

14、出截距为c0 ,。（2） 根据=KMa 由和对应常数K、a，计算M。 降解前两线不交于一点,采用截距=0.24533 C0=0.00513g/ml =47.8 查文献得聚乙烯醇的水溶液在25度时,a=0.76 k=0.02. 由于=KMa M=27877 降解后的两线虽然交于一点但是图偏差大,故采用对c的截距为0.04254. = A/c0=8.68,由于=KMa M=2683 计算出聚乙烯醇的 “头碰头”键合几率。根据：80.08（）得=0.026976 参考文献1. 庄银风,王峰.微机处理粘度法测分子量数据程序的研究。郑州大学学报，1998.30.(4):72-762. Carl W Garland,Joseph W Nibler David P Shoem