粘度法測(cè)量高聚物相對(duì)分子量

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1、粘度法測(cè)定大分子化合物的分子量并探究其影響因素一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.測(cè)定聚乙烯醇的粘均相對(duì)分子量并掌握其原理。2.掌握三管粘度計(jì)（烏氏粘度計(jì)）測(cè)定高聚物溶液粘度的原理和方法。3.熟悉恒溫水槽的裝置和控溫原理。4.通過(guò)對(duì)改變的傾斜角度，探究Ubbelohde粘度計(jì)的不同傾斜角度對(duì)測(cè)定結(jié)果的影響，并得出結(jié)論。二、實(shí)驗(yàn)原理本次實(shí)驗(yàn)采用粘度法測(cè)定大分子化合物的分子量，與其他方法相比較，粘度法設(shè)備簡(jiǎn)單，操作方便，并有很好的實(shí)驗(yàn)精度，是常用的方法之一。大分子化合物溶液的特點(diǎn)是粘度特別大，原因在于其分子鏈長(zhǎng)度遠(yuǎn)大于溶劑分子，加上溶劑化作用，使其在流動(dòng)時(shí)受到較大的內(nèi)摩擦阻力。粘性液體在流動(dòng)過(guò)

2、程中，必須克服內(nèi)摩擦阻力而做功。粘性液體在流動(dòng)過(guò)程中所受阻力的大小可用粘度系數(shù)η(簡(jiǎn)稱粘度)來(lái)表示(kg·m-1·s-1)。大分子化合物的稀溶液的粘度是液體流動(dòng)時(shí)內(nèi)摩擦力大小的反映。純?nèi)軇┱扯确从沉巳軇┓肿娱g的內(nèi)摩擦力，記作η0，高聚物溶液的粘度則是高聚物分子間的內(nèi)摩擦、高聚物分子與溶劑分子間的內(nèi)摩擦以及η0三者之和。在相同溫度下，通常η>η0，相對(duì)于溶劑，溶液粘度增加的分?jǐn)?shù)稱為增比粘度，記作ηsp，即(1)而溶液粘度與純?nèi)軇┱扯鹊谋戎捣Q作相對(duì)粘度，記作ηr，即(2)ηr反映的也是溶液的粘度行為，而ηsp則意味著已扣除了溶劑分子間的內(nèi)摩擦效應(yīng)，僅反映了高聚物分子與溶劑分

3、子間和高聚物分子間的內(nèi)摩擦效應(yīng)。高聚物溶液的增比粘度ηsp往往隨質(zhì)量濃度c的增加而增加。為了便于比較，將單位濃度下所顯示的增比粘度ηsp／c稱為比濃粘度，而lnηr／c則稱為比濃對(duì)數(shù)粘度。當(dāng)溶液無(wú)限稀釋時(shí)，高聚物分子彼此相隔甚遠(yuǎn)，它們的相互作用可以忽略，此時(shí)有關(guān)系式(3)[η]稱為特性粘度，它反映的是無(wú)限稀釋溶液中高聚物分子與溶劑分子間的內(nèi)摩擦，其值取決于溶劑的性質(zhì)及高聚物分子的大小和形態(tài)。由于ηr和ηsp均是無(wú)因次量，所以他們的單位是濃度c單位的倒數(shù)。在足夠稀的高聚物溶液里，ηsp／c與C和lnηr／c與c之間分別符合下述經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式：（4）（5）上兩式中κ和β分別稱為

4、Huggins和Kramer常數(shù)。這是兩直線方程，通過(guò)ηsp／c對(duì)c或lnηr／c對(duì)c作圖，外推至C=0時(shí)所得截矩即為[η]。顯然，對(duì)于同一高聚物，由兩線性方程作圖外推所得截矩交于同一點(diǎn)，如圖1。圖1:外推法求[η]圖2:烏氏粘度計(jì)高聚物溶液的特性粘度[η]與高聚物摩爾質(zhì)量之間的關(guān)系，通常用帶有兩個(gè)參數(shù)的Mark—Houwink經(jīng)驗(yàn)方程式來(lái)表示：(6)式中是粘均相對(duì)分子量，K為比例常數(shù)，α是與分子形狀有關(guān)的經(jīng)驗(yàn)參數(shù)。K和α的值與溫度、高聚物及溶劑的性質(zhì)有關(guān)，也和分子量大小有關(guān)。K值受溫度影響較明顯，α值主要取決于高分子線團(tuán)在某溫度下，某溶劑中舒展的程度。K與α可通過(guò)一些

5、絕對(duì)實(shí)驗(yàn)方法(如膜滲透壓法、光散射法等)確定。本實(shí)驗(yàn)采用毛細(xì)管法測(cè)定粘度，通過(guò)測(cè)定一定體積的液體流經(jīng)一定長(zhǎng)度和半徑的毛細(xì)管所需時(shí)間而獲得。本實(shí)驗(yàn)使用的烏氏粘度計(jì)如圖所示。當(dāng)液體在重力作用下流經(jīng)毛細(xì)管時(shí)，其遵守Poiseuille定律：（7）式中η(kg·m-1·s-1)為液體的粘度；為液體的密度；是毛細(xì)管長(zhǎng)度；是毛細(xì)管半徑；是流出時(shí)間；是流經(jīng)毛細(xì)管液體的平均液柱高度；為重力加速度；V是流經(jīng)毛細(xì)管的液體體積；是與儀器的幾何形狀有關(guān)的常數(shù)，在時(shí)，可取m=1。對(duì)某一支指定的粘度計(jì)而言，許多參數(shù)是一定的，令，，則（7）式可改寫為（8）式中，當(dāng)時(shí)，等式右邊第二項(xiàng)可以忽略。通常是在

6、稀溶液中測(cè)定，溶液的密度與溶劑密度近似相等。這樣，通過(guò)測(cè)定溶液和溶劑的流出時(shí)間t和t0，就可求算：(9)實(shí)驗(yàn)中明確表明Ubbelohde粘度計(jì)必須垂直放置，否則對(duì)測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確性有影響。本實(shí)驗(yàn)在測(cè)定聚乙烯醇分子量的同時(shí)，保持溫度等其他因素不變，通過(guò)改變Ubbelohde粘度計(jì)傾斜角度，測(cè)定其流出時(shí)間以及分子量，與Ubbelohde粘度計(jì)垂直時(shí)所測(cè)結(jié)果對(duì)比，探究Ubbelohde粘度計(jì)使用時(shí)的傾斜角度對(duì)測(cè)定結(jié)果的影響。二、儀器和試劑1.儀器SYP-3型玻璃恒溫水浴;烏氏粘度計(jì);10mL移液管兩支;秒表各一只;洗耳球1個(gè);止水夾2個(gè)；乳膠管2個(gè)。2.試劑正丁醇(A.R.);聚

7、乙烯醇;蒸餾水。四、實(shí)驗(yàn)步驟A.基本實(shí)驗(yàn)1.恒溫打開恒溫槽，設(shè)定溫度為25.0±0.01℃。將烏氏粘度計(jì)(如圖2)在恒溫槽中恒溫10min(注意垂直放置)。2.溶液流出時(shí)間的測(cè)定（實(shí)驗(yàn)前已將粘度計(jì)洗凈烘干）粘度計(jì)垂直：在C,B管上均套上乳膠管，將粘度計(jì)垂直放入恒溫槽內(nèi)，使G球完全浸入水浴中。用移液管取10mL聚乙烯醇水溶液（5.0000g/L），由A管加入粘度計(jì)內(nèi)，再加2mL蒸餾水至粘度計(jì)內(nèi)，由B管口滴入2滴正丁醇以消泡。恒溫10min。用止水夾夾緊C管乳膠管，使C管不通氣，用洗耳球在B管的上端吸氣，將水從F球經(jīng)D球、毛細(xì)管、E球抽至G球