北京理工大学材料物理实验报告 稀溶液粘度法测定聚合物的分子量.docx

PAGE \* MERGEFORMAT 1 实验报告：稀溶液粘度法测定聚合物的分子量 一、实验目的 1. 了解聚合物分子量的统计平均的意义。 2. 理解利用粘度法表征聚合物分子量的基本原理，掌握测定聚合物稀溶液粘度的实验技术和数据处理方法。 3. 通过对聚乙二醇-水溶液的粘度测定来表征聚乙二醇的分子量。 二、基本原理 粘度是流体粘滞性的一种量度，是流体流动力对其内部摩擦现象的一种表示。聚合物溶液的粘度远大于纯溶剂的粘度，这种溶液粘度的增加与聚合物分子量及其在溶剂中的尺寸有关，借助于粘度的测定，不仅可以计算聚合物的分子量，而且可以评价大分子在溶液中的构象。粘度法测定聚合物的分子量是一种比较简单精确的相对方法。在高分子溶液中，我们所感兴趣的不是液体的绝对粘度，而是当高分子进入溶液后所引起的液体粘度的变化。 1．粘度的定义 粘度法测定聚合物分子量时，所用溶液的粘度常以下列几种形式表示： (1) 相对粘度 表示溶液的粘度相当于纯溶剂粘度的倍数 （4-1） 式中： ——高聚物溶液粘度； ——纯溶剂粘度。 (2) 增比粘度 表示溶液的粘度比纯溶剂粘度增加的倍数 （4-2） (3) 比浓粘度/c 表示溶液单位浓度的增加所引起的增比粘度的增大。其单位是浓度的倒数。 (4) 比浓对数粘度 浓度为c的情况下，单位浓度增加对溶液相对粘度自然对数值的贡献，其值也是浓度的函数，单位与比浓粘度相同。 (5) 特性粘度[] （4-3） 表示高聚物溶液无限稀释时的比浓粘度。其数值不随溶液浓度大小而变化，但是随着浓度的表示方法而异，其单位是浓度的倒数。 2．相对粘度的测定 溶液的粘度，据流体力学泊肃叶（Poiseuille）可求出： （4-4） 式中：——比密粘度； A——仪器常数。 设 （4-5） 则 （4-6） 实验时，在恒定条件下，用同一支粘度计测定几种不同浓度的溶液和纯溶剂的流出时间t和t0 ，由于极稀溶液中溶液和溶剂的密度近似相等，，所以 （4-7） 这样，由纯溶剂的流出时间t0和溶液的流出时间t即可求出溶液的相对粘度。 3．聚合物的特性粘度[]的测定 （1）外推法： 此法是较常用的方法，聚合物体系确定以后，在一定温度下测出纯溶剂和不同浓度溶液的流出时间t0和t，由此计算出一系列比浓粘度和比浓对数粘度，根据以下经验公式： （4-8） 只有配制几种不同浓度的溶液，分别测定溶液及纯溶剂的粘度，然后计算出、在同一张图上做对c、对c的图，两条直线外推至c→0，其共同的截距即为[] ，见图4-1。 对于上述方法，可从另一角度理解。高聚物在稀溶液中的黏度，主要反映了液体在流动时存在着内摩擦。高聚物溶液的黏度表示溶剂分子与溶剂分子之间、高分子与高分子之间和高分子与溶剂分子之间三者内摩擦的综合表现，其值一般比纯溶剂黏度大得多。纯溶剂黏度的物理意义为溶剂分子与溶剂分子间的内摩擦表现出来的黏度。相对于纯溶剂，其溶液黏度增加的分数，称为增比黏度，即 （4-9） 式中称为相对黏度，其物理意义为溶液黏度与纯溶剂黏度的比值。ηr也是整个溶液的行为，则意味着已扣除了溶剂分子之间的内摩擦效应。对于高分子溶液，增比黏度往往随溶液的浓度c的增加而增加。为了便于比较，将单位浓度下所显示出的增比黏度，即/c称为比浓黏度。 在无限稀释条件下 ，特性黏度[]可以使用如下表达式 （4-10） 因此我们获得［］的方法有二种：一种是以/c对c作图，外推到c→0的截距值；另一种是以ln/c对c作图，也外推到c→0的截距值，两根线应会合于一点，这也可校核实验的可靠性。 图4-1 如果高聚物分子的分子量愈大，则它与溶剂间的接触表面也愈大，摩擦就大，表现出的特性黏度也大。特性黏度[h]和分子量之间的经验关系式为: （4-11） 式中，M为相对平均分子量；K为比例常数；是与分子形状有关的经验参数。K和值与温