粘度法测定高聚物的相对摩尔质量实验报告..doc

粘度法测定高聚物的相对摩尔质量 一、实验目的： 1、掌握乌氏粘度计测量粘度的原理和方法。 2、掌握粘度法测定聚乙烯分子量的原理、过程和数据处理方法。 二、实验原理： 由于高聚物的分子质量大小不一、参差不齐，且没有一个确定的值，故实验测定某一高聚物的分子质量实际为分子质量的平均值，称为平均分子质量（即平均摩尔质量）。根据测定原理和平均值计算方法上的不同，常分为数均分子质量、质均分子质量、Z均分子质量和粘均分子质量。 对于同一聚合物，其测得的数均、质均、Ｚ均或粘均分子质量在数值上往往不同。人们常用渗透压、光散射及超离心沉降平衡等法测得分子质量的绝对值。粘度法能测出分子质量的相对值，但因其设备简单，操作方便，并有很好的实验精度，故是人们所常用的方法之一。 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内摩擦效应之总和；而高聚物溶液粘度η是高聚物分子之间的内摩擦、高聚物分子与溶剂分子间内摩擦以及溶剂分子间内摩擦三者总和。因此，通常高聚物溶液的粘度η大于纯溶剂粘度，即η。为了比较这两种粘度，引入增比粘度的概念，以表示： = (3-1) 式中为相对粘度，表示已扣除了溶剂分子间内外摩擦效应，只留下溶剂分子与高聚物分子之间、高聚物分子相互间的内摩擦效应，其值随高聚物浓度而变。 Huggins(1941年)和Kraemer（1983年）分别找出/C（称为比浓粘度）以及ln/C（称为比浓对数粘度）与溶液浓度的关系： (3-2) (3-3) 实验发现：对同一高聚物，两直线方程外推所得截距交于一点；常数为正值，一般为负值，且两者之差约为0.5；值是与高聚物分子质量有关的量，并称之为特征粘度。 (3-4) (3-5) 可见，反映了在无限稀溶液中溶剂分子与高聚物分子间的内外摩擦效应，它不仅与溶剂的性质，而且与高聚物的形态和大小有关。 的单位是浓度的倒数，它的数值随溶液浓度的表示法不同而异。本实验的浓度用100mL溶液中所含高聚物分子的克数作为浓度的单位。 常用于描述高聚物分子质量与特征粘度的关系式是Mark经验式： （3-6） 式中：是粘均分子量；K和是与温度、高聚物及溶剂性质有关的常数。K值对温度较敏感，值主要取决于高聚物分子线团在溶剂中的舒展程度。在良性溶剂中，高聚物分子呈线性伸展，与溶剂摩擦机会增加，值变大；反之，在不良溶剂中，值小。值一般在0.5～1之间，而K、的具体数值只能通过诸如渗透压、光散射等的绝对方法确定，现将常用的几种高聚物——溶剂体系的数值列于下表。 高聚物 溶剂 T/K K×104 聚乙烯醇 水 水 298.2 303.2 2.0 6.66 0.76 0.64 聚苯乙烯 苯 甲苯 293.2 298.2 1.23 3.70 0.72 0.62 聚甲基丙 烯酸甲酯 苯 298.2 0.38 0.79 因在良性溶剂中，温度对的影响不很显著，因此，如果测定时的温度与上表指定的温度有所不同，K和值亦可近似适用。 至此可知：高聚物的相对摩尔质量的测定最后归结为溶液特征粘度的测定。 液体粘度的测定方法有三类：落球法、转筒法和毛细管法。前两种适用于高中粘度的测定，毛细管法适用于较低粘度的测定。本实验采用毛细管法。 当溶液在重力作用下流经毛细管粘度计时，根据Poiseuille近似公式： (3-7) 式中—液体粘度，—液体密度，l和r —毛细管长度和半径，t—体积为V的液体流经毛细管的时间，h—液体流经毛细管液体的平均液柱高度，g—重力加速度。对某一指定毛细管粘度计，其r 、h、l和V均为定值，则式（3-7）可改定写为： (3-8) 式中。通常是在稀溶液中测定高聚物的粘度，故溶液的密度与溶剂的密度近似相等，则溶液的相对粘度可表示为： （3-9） 式中t和分别为溶液和纯溶剂的流出时间。 实