实验十四 粘度的测定和应用ppt课件

1、实验十四 粘度的测定和运用 完成完成八、思索题八、思索题 七、数据处置七、数据处置 六、本卷须知六、本卷须知 五、实验步骤五、实验步骤 四、仪器药品四、仪器药品 三、实验原理三、实验原理 二、预习要求一、实验目的一、实验目的 一、实验目的 1.测定线型高聚物聚乙二醇或聚丙烯酰胺，测定线型高聚物聚乙二醇或聚丙烯酰胺，或聚乙烯醇的粘均分子量。或聚乙烯醇的粘均分子量。 2.掌握用乌贝路德掌握用乌贝路德(Beholder)粘度计测定粘度计测定粘度的方法。粘度的方法。 完成完成上一页上一页主菜单主菜单二、预习要求二、预习要求1.了解粘度法测定高聚物分子量的根本原理和公式。了解粘度法测定高聚物分子量的根本

2、原理和公式。 2.了解乌氏粘度计构造的特点。了解乌氏粘度计构造的特点。 主菜单主菜单 上一页上一页 完成三、实验原理1 分子量是表征化合物特性的根本参数之一。但高聚物分子量是表征化合物特性的根本参数之一。但高聚物分子量大小不一，参差不齐，普通在分子量大小不一，参差不齐，普通在103107之间，所以之间，所以通常所测高聚物的分子量是平均分子量。测定高聚分子量通常所测高聚物的分子量是平均分子量。测定高聚分子量的方法很多，对线型高聚物，各方法适用的范围如下的方法很多，对线型高聚物，各方法适用的范围如下: 端基分析端基分析 3104 沸点升高，凝固点降低，等温蒸馏沸点升高，凝固点降低，等温蒸馏 310

3、4 浸透压浸透压 104106 光散射光散射 104107 离心沉降及分散离心沉降及分散 104107 粘度法粘度法 104107 主菜单主菜单上一页上一页完成完成 其中粘度法设备简单，操作方便，有相当好的实验精度，但粘度法不其中粘度法设备简单，操作方便，有相当好的实验精度，但粘度法不是测分子量的绝对方法，由于此法中所用的特性粘度与分子量的阅历方程是要是测分子量的绝对方法，由于此法中所用的特性粘度与分子量的阅历方程是要用其它方法来确定的，高聚物不同，溶剂不同，分子量范围不同，就要用不同用其它方法来确定的，高聚物不同，溶剂不同，分子量范围不同，就要用不同的阅历方程式。的阅历方程式。 高聚物在稀溶

4、液中的粘度，主要反映了液体在流动时存在着内摩擦。在高聚物在稀溶液中的粘度，主要反映了液体在流动时存在着内摩擦。在测高聚物溶液粘度求分子量时，常用到下面一些名词测高聚物溶液粘度求分子量时，常用到下面一些名词(见下表见下表)。 假设高聚物分子的分子量愈大，那么它与溶剂假设高聚物分子的分子量愈大，那么它与溶剂间的接触外表也愈大，摩擦就大，表现出的特粘度也间的接触外表也愈大，摩擦就大，表现出的特粘度也大。特性粘度和分子量之间的阅历关系式为大。特性粘度和分子量之间的阅历关系式为: -式中，式中，M为粘均分子量为粘均分子量;K为比例常数为比例常数;是与是与分子外形有关的阅历参数。分子外形有关的阅历参数。K

5、和和值与温度、聚合物、值与温度、聚合物、溶剂性质有关，也和分子量大小有关。溶剂性质有关，也和分子量大小有关。K值受温度值受温度的影响较明显，而的影响较明显，而值主要取决于高分子线团在某温值主要取决于高分子线团在某温度下，某溶剂中伸展的程度，其数值介于度下，某溶剂中伸展的程度，其数值介于0.51之之间。间。K与与的数值可经过其它绝对方法确定，例如浸的数值可经过其它绝对方法确定，例如浸透压法、光散射法等，从粘度法只能测定得透压法、光散射法等，从粘度法只能测定得。 名词与符号名词与符号物理意义物理意义纯溶剂粘度纯溶剂粘度0溶剂分子与溶剂分子间的内摩擦表现出来的粘度溶剂分子与溶剂分子间的内摩擦表现出来

6、的粘度 溶液粘度溶液粘度 溶剂分子与溶剂分子之间、高分子与高分子之间溶剂分子与溶剂分子之间、高分子与高分子之间和高分子与溶剂分子之间，三者内摩擦的综合表和高分子与溶剂分子之间，三者内摩擦的综合表现现 相对粘度相对粘度r r=/0溶液粘度对溶剂粘度的相对值溶液粘度对溶剂粘度的相对值 增比粘度增比粘度SPsp=(-0)/0=/0-1=r-1高分子与高分高分子与高分子之间，纯溶剂与高分子之间的内摩擦子之间，纯溶剂与高分子之间的内摩擦效应效应 比浓粘度比浓粘度sp/C 单位浓度下所显示出的粘度单位浓度下所显示出的粘度 特性粘度特性粘度 反映高分子与溶剂分子之间的内摩擦反映高分子与溶剂分子之间的内摩擦

7、在无限稀释条件下：在无限稀释条件下： 图图1 外推法求外推法求 完成上一页主菜单 获得获得的方法有二种的方法有二种:一种是以一种是以SP/C对对C作图，作图，外推到外推到C0的截距值的截距值;另一种是以另一种是以lnr/C对对C作图，也外推作图，也外推到到C0的截距值，如图的截距值，如图1所示，两根线应会合于一点，这所示，两根线应会合于一点，这也可校核实验的可靠性。也可校核实验的可靠性。完成完成主菜单主菜单上一页上一页 测定粘度的方法主要有毛细管法、转筒法和落球法。在测定高聚物分子的特性粘度时，以毛细管流出法的粘度计最为方便。假设液体在毛细管粘度计中，因重力作用流出时，可经过泊肃叶(Poise

8、uille)公式计算粘度。式中，式中，为液体的粘度；为液体的粘度；为液体的密度；为液体的密度；L为毛细管的长度；为毛细管的长度；r为毛细管的半径；为毛细管的半径；t为流为流出的时间；出的时间；h为流过毛细管液体的平均液柱高为流过毛细管液体的平均液柱高度；度；V为流经毛细管的液体体积；为流经毛细管的液体体积；m为毛细管为毛细管末端校正的参数末端校正的参数(普通在普通在r/L1时，可以取时，可以取m=1)。对于某一只指定的粘度计而言，可以写成下式对于某一只指定的粘度计而言，可以写成下式 式中，式中，t为溶液的流出时间；为溶液的流出时间；t0为纯溶剂的流出为纯溶剂的流出时间。时间。 所以经过溶剂和溶

9、液在毛细管中的流出时间，所以经过溶剂和溶液在毛细管中的流出时间，从从(6)式求得式求得r，再由图，再由图1求得求得。 式中，式中，B1，当流出的时间，当流出的时间t在在2min左右左右(大于大于100s)，该项，该项(亦称动能校正项亦称动能校正项)可以从略。可以从略。又因通常测定是在稀溶液中进展又因通常测定是在稀溶液中进展C110-2gcm-3)，所以溶液的密度和溶剂的密度近，所以溶液的密度和溶剂的密度近似相等，因此可将似相等，因此可将 r写成写成: 高聚高 高聚物溶液的特性粘度与高聚物摩尔质量M之间的关系：Mark-Houwink阅历方程式： MK 式中式中M为粘均分子量，为粘均分子量，K、

10、是与温度、高聚物及是与温度、高聚物及溶剂有关的常数。溶剂有关的常数。四、仪器药品 11.仪器仪器 玻璃恒温水浴玻璃恒温水浴1套套; 乌氏粘度计乌氏粘度计1只只;秒表秒表1只只; 容量瓶容量瓶(100ml)1个；个；移液管移液管(10mL)2只；只； 移液管移液管(5mL)1只只;洗耳球洗耳球1只只; 玻璃砂芯漏斗玻璃砂芯漏斗1个；个；自在夹一只自在夹一只; 橡皮管橡皮管(约约5cm长长)2根根 2.药品药品 主菜单主菜单上一页上一页完成完成聚乙二醇或聚丙烯酰胺，或聚乙烯聚乙二醇或聚丙烯酰胺，或聚乙烯醇；醇；NaNO3(3moldm-3和和1moldm-3)；蒸馏水蒸馏水图图1 乌贝路德粘计乌贝

11、路德粘计前往图图2 奥氏粘度计奥氏粘度计 本实验用乌贝路德粘度计，又叫气承悬柱式粘度计。本实验用乌贝路德粘度计，又叫气承悬柱式粘度计。它的最大优点是可以在粘度计里逐渐稀释从而节省许多它的最大优点是可以在粘度计里逐渐稀释从而节省许多操作手续，其构造如图操作手续，其构造如图1所示。所示。 五.实验步骤 1完成完成主菜单主菜单上一页上一页 1.先用洗液将粘度计洗净，再用自来水、蒸馏水分别冲洗先用洗液将粘度计洗净，再用自来水、蒸馏水分别冲洗几次，每次都要留意反复流洗毛细管部分，洗好后烘干备用。几次，每次都要留意反复流洗毛细管部分，洗好后烘干备用。 2.调理恒温槽温度至调理恒温槽温度至(30.00.1)

12、，在粘度计的，在粘度计的B管和管和C管管上都套上橡皮管，然后将其垂直放入恒温槽，使水面完全浸上都套上橡皮管，然后将其垂直放入恒温槽，使水面完全浸没没G球。球。 3.溶液流出时间的测定：用移液管分别汲取知浓度的聚丙烯胺溶液10mL和NaNO3溶液(3moldm-3)5mL，由A管注入粘度计中，在C管处用洗耳球打气，使溶液混合均匀，浓度记为C1，恒温10min，进展测定。测定方法如下:将C管用夹子夹紧使之不通气，在B管用洗耳球将溶液从F球经D球、毛细管、E球抽至G球23处，解去夹子，让C管通大气，此时D球内的溶液即回入F球，使毛细管以上的液体悬空。2主菜单主菜单上一页上一页完成完成毛细管以上的液体

13、下落，当液面流经毛细管以上的液体下落，当液面流经a刻度时，立刻按停表刻度时，立刻按停表开场记时间，当液面降至开场记时间，当液面降至b刻度时，再按停表，测得刻度刻度时，再按停表，测得刻度a、b之间的液体流经毛细管所需时间。反复这一操作至少三次，之间的液体流经毛细管所需时间。反复这一操作至少三次，它们间相差不大于它们间相差不大于0.3s，取三次的平均值为，取三次的平均值为t1 ，然后依次由，然后依次由A管用移液管参与管用移液管参与5mL、5mL、10mL、15mLNaNO3溶液溶液(1moldm-3)，将溶液稀释，使溶液浓度分别为，将溶液稀释，使溶液浓度分别为C2、C3、C4、C5，用同法测定每份

14、溶液流经毛细管的时间，用同法测定每份溶液流经毛细管的时间t2、t3、t4、t5。应留意每次参与。应留意每次参与NaNO3溶液后，要充分混合均匀，溶液后，要充分混合均匀，并抽洗粘度计的并抽洗粘度计的E球和球和G球，使粘度计内溶液各处的浓度相球，使粘度计内溶液各处的浓度相等。等。 用蒸馏水洗净粘度计，尤其要反复流洗粘度计的毛细用蒸馏水洗净粘度计，尤其要反复流洗粘度计的毛细管部分。用管部分。用1moldm-3NaNO3洗洗12次，然后由次，然后由A管参与管参与约约15mL1moldm-3NaNO3溶液。用同法测定溶剂流出的时溶液。用同法测定溶剂流出的时间间t0。 留意：实验终了后，粘度计一定要用蒸馏

15、水洗干净留意：实验终了后，粘度计一定要用蒸馏水洗干净六、本卷须知 4.粘度计要垂直放置，实验过程中不要振动粘度粘度计要垂直放置，实验过程中不要振动粘度计，否那么将影响结果的准确性。计，否那么将影响结果的准确性。 上一页上一页主菜单主菜单完成完成 1.粘度计必需干净必要时可用洗液，高聚物溶粘度计必需干净必要时可用洗液，高聚物溶液中假设有絮状物不能将它移入粘度计中可用砂芯漏液中假设有絮状物不能将它移入粘度计中可用砂芯漏斗过滤。斗过滤。 2.本实验溶液的稀释是直接在粘度计中进展的，本实验溶液的稀释是直接在粘度计中进展的，因此每参与一次溶剂进展稀释时必需混合均匀，并抽因此每参与一次溶剂进展稀释时必需混

16、合均匀，并抽洗洗E球和球和G球。球。 3.实验过程中恒温槽的温度要恒定，溶液每次稀释实验过程中恒温槽的温度要恒定，溶液每次稀释恒温后才干丈量。恒温后才干丈量。七、数据处置 1.将所测的实验数据及计算结果填入下表中。将所测的实验数据及计算结果填入下表中。 原始溶液浓度原始溶液浓度C0 (gcm-3);恒温温度恒温温度 2.作作SP/CC及及lnr/CC图，并外推到图，并外推到C0由截距求出由截距求出。 C(gcm-3) t1/s t2/s t3/s t平均/s r lnr SP SP/C lnr/C C1 C2 C3 C4 C5 3.由公式由公式(1)计算聚丙烯酰胺的粘均分子量，计算聚丙烯酰胺的粘均分子量，K，值查附录。值查附录。 上一页上一页主菜单主菜单完成完成思索题1.乌贝路德粘度计中支管乌贝路德粘度计中支管C有何作用？除去有何作用？除去支管支管C能否可测定粘度能否可测定粘度? 2.粘度计的毛管太粗或太细有什么缺陷粘度计的毛管太粗或太细有什么缺陷? 完成完成上一页上一页主菜单主菜单3.粘度法测定高聚物的分子量有何局限性？该粘度法测定高聚物的分子量有何