粘度法测量高聚物相对分子量.docVIP

实验九 粘度法测定水溶性高聚物的相对分子质量 实验目的 1.测定聚乙烯醇的粘均相对分子量。 2.掌握Ubbelohde粘度计测定高聚物溶液粘度的原理和方法。 实验原理 在高聚物的研究中，相对分子质量是一个不可缺少的重要数据。因为它不仅反映了高聚物分子的大小，并且直接关系到高聚物的物理性能。但与一般的无机物或低分子的有机物不同，高聚物多是相对分子质量不等的混合物，因此通常测得的相对分子质量是一个平均值。高聚物相对分子质量的测定方法很多，比较起来，粘度法设备简单，操作方便，并有很好的实验精度，是常用的方法之一。 高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，使其在流动时受到较大的内摩擦阻力。 粘性液体在流动过程中，必须克服内摩擦阻力而做功。粘性液体在流动过程中所受阻力的大小可用粘度系数η(简称粘度)来表示(kg·m-1·s-1)。 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η0，高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以及η0三者之和。在相同温度下，通常ηη0，相对于溶剂，溶液粘度增加的分数称为增比粘度，记作ηsp，即 (1) 而溶液粘度与纯溶剂粘度的比值称作相对粘度，记作ηr，即 (2) ηr反映的也是溶液的粘度行为，而ηsp则意味着已扣除了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物分子间的内摩擦效应。 高聚物溶液的增比粘度ηsp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ηsp／c称为比浓粘度，而lnηr／c则称为比浓对数粘度。当溶液无限稀释时，高聚物分子彼此相隔甚远，它们的相互作用可以忽略，此时有关系式 (3) [η]称为特性粘度，它反映的是无限稀释溶液中高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高聚物分子的大小和形态。由于ηr和ηsp均是无因次量，所以他们的单位是浓度c单位的倒数。 在足够稀的高聚物溶液里，ηsp／c与C和lnηr／c与c之间分别符合下述经验关系式： （4） （5） 上两式中κ和β分别称为Huggins和Kramer常数。这是两直线方程，通过ηsp／c对c或lnηr／c对c作图，外推至C=0时所得截矩即为[η]。显然，对于同一高聚物，由两线性方程作图外推所得截矩交于同一点，如图1。 图1:外推法求[η] 图2:乌氏粘度计 高聚物溶液的特性粘度[η]与高聚物摩尔质量之间的关系，通常用带有两个参数的Mark—Houwink经验方程式来表示： (6) 式中是粘均相对分子量，K为比例常数，α是与分子形状有关的经验参数。K和α的值与温度、高聚物及溶剂的性质有关，也和分子量大小有关。K值受温度影响较明显，α值主要取决于高分子线团在某温度下，某溶剂中舒展的程度。K与α可通过一些绝对实验方法(如膜渗透压法、光散射法等)确定。 本实验采用毛细管法测定粘度，通过测定一定体积的液体流经一定长度和半径的毛细管所需时间而获得。本实验使用的乌氏粘度计如图所示。当液体在重力作用下流经毛细管时，其遵守Poiseuille定律： （7） 式中η(kg·m-1·s-1)为液体的粘度；为液体的密度；是毛细管长度；是毛细管半径；是流出时间；是流经毛细管液体的平均液柱高度；为重力加速度；V是流经毛细管的液体体积；是与仪器的几何形状有关的常数，在时，可取m=1。 对某一支指定的粘度计而言，许多参数是一定的，令，，则（7）式可改写为 （8） 式中，当时，等式右边第二项可以忽略。通常是在稀溶液中测定，溶液的密度与溶剂密度近似相等。这样，通过测定溶液和溶剂的流出时间t和t0，就可求算： (9) 所以只需测定溶液和溶剂在毛细管中的流出时间就可得到ηr。 仪器和试剂 1.仪器 SYP-3型玻璃恒