粘均分子量..doc

实验一 粘度法测定聚合物的粘均分子量 线型聚合物溶液的基本特性之一，是粘度比较大，并且其粘度值与分子量有关，因此可利用这一特性测定聚合物的分子量。粘度法尽管是一种相对的方法，但因其仪器设备简单，操作方便，分子量适用范围大，又有相当好的实验精确度，所以成为人们最常用的实验技术，在生产和科研中得到广泛的应用。 实验目的 掌握粘度法测定聚合物分子量的原理及实验技术。 二、基本原理 聚合物溶液与小分子溶液不同，甚至在极稀的情况下，仍具有较大的粘度。粘度是分子运动时内摩擦力的量度，因溶液浓度增加，分子间相互作用力增加，运动时阻力就增大。表示聚合物溶液粘度和浓度关系的经验公式很多，最常用的是哈金斯（Huggins）公式 --------------------------------------- (1) 在给定的体系中k是一个常数，它表征溶液中高分子间和高分子与溶剂分子间的相互作用。另一个常用的式子是 -------------------------------------- (2) 式中k与β均为常数，其中k称为哈金斯参数。对于柔性链聚合物良溶剂体系，k＝1/3，k+β=l/2。如果溶剂变劣，k变大；如果聚合物有支化，随支化度增高而显著增加。从（1）式和（2）式看出，如果用或对c作图并外推到c→0（即无限稀释），两条直线会在纵坐标上交于一点，其共同截距即为特性粘度[η]，如图1-1所示----------------------------------------(3) 通常式（1）和式（2）只是在了=1.2~2.0范围内为直线关系。当溶液浓度太高或分子量太大均得不到直线，如图1-2所示。此时只能降低浓度再做一次。特性粘度[η]的大小受下列因素影响： （1）分子量：线型或轻度交联的聚合物分子量增大，[η]增大。 （2）分子形状：分子量相同时，支化分子的形状趋于球形，[η]较线型分子的小。 （3）溶剂特性：聚合物在良溶剂中，大分子较伸展，[η]较大，而在不良溶剂中，大分子较卷曲，[η]较小。 （4）温度：在良溶剂中，温度升高，对[η]影响不大，而在不良溶剂中，若温度升高使溶剂变为良好，则[η]增大。 当聚合物的化学组成、溶剂、温度确定以后，[η]值只与聚合物的分子量有关。常用两参数的马克-豪温（Mark-Houwink）经验公式表示： ----------------------------------------- （4） 式中K、α需经绝对分子量测定方法订定后才可使用。对于大多数聚合物来说，α值一般在0.5~1.0之间，在良溶剂中α值较大，接近0.8。溶剂能力减弱时，α值降低。在θ溶液中，α = 0.5。 这个经验公式已有大量的实验结果验证，许多人想从理论上来解释粘度与分子量大小的关系。他们假定了两种极端的情况，第一种情况是认为溶液内的聚合物分子线团卷得很紧，在流动时线团内的溶剂分子随着高分子一起流动，包含在线团内的溶剂就像是聚合物分子的组成部分，可以近似地看作实心圆球，由于是在稀溶液内线团与线团之间相距较远，可以认为这些球之间近似无相互作用。根据悬浮体理论，实心圆球粒子在溶液中的特性粘度公式是 --------------------------------------- (5) 设含有溶剂的线团的半径为R，质量m为，其中M是分子量，N是阿佛加德罗常数。因为视为刚性圆球，故可近似用均方根末端距的三次方来表示，（是分子链头尾距离的平方的平均值，均方根就是其开方的值。）把V与m值代入式（5）中得 ------------------------------------ (6) 式中Φ是普适常数；是均方末端距。由于是在线团卷得很紧的情况下的均方末端距，在一定温度下，是一个常数，式（6）可写成 ----------------------------------------------- (7) 这说明在线团卷得很紧的情况下，聚合物溶液的特性粘度与分子量的平方根成正比。第二种情况是假定线团是松懈的，在流动时线团内溶剂是自由的。在实际上，这第二种假设较接近反映大多数聚合物溶液的情况。因为聚合物分子链在流动时，分子链段与溶剂间不断互换位置，而且由于溶剂化作用分子链扩张，使得聚合物分子在溶液中不像实心圆球，而更像一个卷曲珠链（图1-3）。这种假定称为珠链模型。当珠链很疏松，溶剂可以自由从珠链的空隙中流过。这种情况下可以推导出 -----------------------