粘度法测定聚合物的分子量实验报告.docVIP

实验一 粘度法测定聚合物的分子量 粘度法是测定聚合物分子量的相对方法。高聚物分子量对高聚物的力学性能、溶解性、流动性均有极大影响。由于粘度法具有设备简单、操作方便、分子量适用范围广、实验精度高等优点，在聚合物的生产及科研中得到十分广泛的应用。本实验是采用乌氏粘度计测定甲苯溶液中聚苯乙烯粘度，进而测定求出PS试样分子量。 一、实验目的要求 1、掌握粘度法测定聚合物分子量的实验基本方法。 2、了解粘度法测定聚合物分子量的基本原理。 3、通过测定特性粘度，能够计算PS的分子量。 二、实验原理 1、粘性液体的牛顿型流动 粘性流体在流动过程中，由于分子间的相互作用，产生了阻碍运动的 内摩擦力，粘度就是这种内摩擦力的表现。即粘度可以表征粘性液体在流动过程中所受阻力的大小。 按照牛顿的粘性流动定律，当两层流动液体间由于粘性液体分子间的内摩擦力在其相邻各流层之间产生流动速度梯度是（），液体对流动的粘性阻力是： （1-1） 该式即为牛顿流体定律。 式中， η—液体粘度，单位（Pa·s）；A—平行板面积；F—外力。 符合牛顿流体定律的液体称为牛顿型液体。高分子稀溶液在毛细管中的流动基本属于牛顿型流动。在测定聚合物的特性粘度[η]时，以毛细管粘度计最为方便。 2、泊肃叶定律 高分子溶液在均匀压力p（即重力ρgh）作用下，流经半径为R、长度为L的均匀毛细管，根据牛顿粘性定律，可以导出泊肃叶公式： （1-2） 式中，g—重力加速度；ρ—流体的密度；V—液出体积；t—流出时间。 由于液体在毛细管内流动存在位能，除克服部分内摩擦力外，还会使其获得动能，结果导致实测值偏低。因此，须对泊肃叶公式作必要的修正： （1-3） 式中，m—毛细管两端液体流动有关常数。 若令；，式（1-3）可简化为： （1-4） 3、聚合物溶液粘度的测定 采用乌氏粘度计测定聚合物溶液的粘度时，常用到以下两个参数： （1）相对粘度 （1-5） （2）增比粘度 （1-6） 式中，η—聚合物溶液粘度；η0—纯溶剂粘度。 整合式（1-4）和式（1-5），即有： （1-7） 在实验中，如果仪器设计得当和溶剂选择合适，可以忽略动能改正影响，式（1-7）还可简化为： （1-8） 又因为在实验中，通常在极稀溶液中进行，所以ρ≈ρ0，因此，式（1-5）和式（1-6）可改写成： （1-9） （1-10） 式中，t和t0分别是聚合物溶液和纯溶剂的流出时间。 显然，在一定温度下测定纯溶剂和不同浓度的聚合物溶液流出的时间，即可求出各种浓度下的和。 粘度除与分子量有关外，对溶液浓度有很大的依赖性。能够反映这种依赖性的经验公式很多，其中最常用的有两个： （1-11） （1-12） 式中，C—溶液浓度；k′和β均为常数。 如果用或对c作图（图1-2），并外推到，两条直线在纵坐标上交于一点，其截距即是[]。用公式为表示为： （1-13） 式中，[]—聚合物溶液的特性粘度。 图1-2 对c和对c关系图 4、聚合物溶液的特性粘度与分子量的关系 溶液体系确定之后，在一定温度下，聚合物溶液的特性粘度值域聚合物的分子量有关。这种关系满足Mar-Houwink方程，即： （1-14） 式中，K，α均为常数，其值与聚合物、溶剂、温度和分子量分布范围有关。聚苯乙烯在25℃，甲苯作溶剂时，K = 9.2×10-3，α= 0.72。由此可以计算聚合物的平均分子量。 三、仪器药品 1、仪器 恒温槽一套、乌氏粘度计、砂芯漏斗、针筒、容量瓶、移液管、精密温度计等。 2、药品 聚苯乙烯，工业级；甲苯，分析纯。 四、实验步骤 1、粘度计和玻璃仪器的洗涤 （1）粘度计先用经砂芯漏斗虑过的水洗涤，洗去小球G、E中的沙粒灰尘，把水甩干。 （2）由A管倒入经过滤的新配制的洗液，灌满后用小烧杯盖住，防止尘粒落入。放置约2h后把洗液倒出，先用滤过的自来水冲洗，再用滤过的蒸馏水冲洗几次，倒挂干燥或放入烘箱烘干。 （3）移液管、