粘度法測(cè)定聚合物的分子量實(shí)驗(yàn)報(bào)告（精編版）

1、. . . 1 / 5 實(shí)驗(yàn)一粘度法測(cè)定聚合物的分子量粘度法是測(cè)定聚合物分子量的相對(duì)方法。高聚物分子量對(duì)高聚物的力學(xué)性能、溶解性、 流動(dòng)性均有極大影響。由于粘度法具有設(shè)備簡(jiǎn)單、操作方便、分子量適用圍廣、實(shí)驗(yàn)精度高等優(yōu)點(diǎn)，在聚合物的生產(chǎn)與科研中得到十分廣泛的應(yīng)用。本實(shí)驗(yàn)是采用烏氏粘度計(jì)測(cè)定甲苯溶液中聚苯乙烯粘度，進(jìn)而測(cè)定求出ps試樣分子量。一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康囊?、掌握粘度法測(cè)定聚合物分子量的實(shí)驗(yàn)基本方法。2、了解粘度法測(cè)定聚合物分子量的基本原理。3、通過(guò)測(cè)定特性粘度，能夠計(jì)算ps的分子量。二、實(shí)驗(yàn)原理1、粘性液體的牛頓型流動(dòng)粘性流體在流動(dòng)過(guò)程中，由于分子間的相互作用，產(chǎn)生了阻礙運(yùn)動(dòng)的摩擦力， 粘度就

2、是這種摩擦力的表現(xiàn)。即粘度可以表征粘性液體在流動(dòng)過(guò)程中所受阻力的大小。按照牛頓的粘性流動(dòng)定律，當(dāng)兩層流動(dòng)液體間由于粘性液體分子間的摩擦力在其相鄰各流層之間產(chǎn)生流動(dòng)速度梯度是（drdv/） ，液體對(duì)流動(dòng)的粘性阻力是：drdvaf/（1-1 ）該式即為牛頓流體定律。式中，液體粘度，單位（pas） ； a平行板面積；f外力。符合牛頓流體定律的液體稱為牛頓型液體。高分子稀溶液在毛細(xì)管中的流動(dòng)基本屬于牛頓型流動(dòng)。在測(cè)定聚合物的特性粘度 時(shí)，以毛細(xì)管粘度計(jì)最為方便。2、泊肅葉定律高分子溶液在均勻壓力p（即重力 gh）作用下， 流經(jīng)半徑為r、長(zhǎng)度為 l 的均勻毛細(xì)管，根據(jù)牛頓粘性定律，可以導(dǎo)出泊肅葉公式：l

3、vtghr84（1-2 ）式中， g重力加速度；流體的密度；v液出體積； t 流出時(shí)間。由于液體在毛細(xì)管流動(dòng)存在位能，除克服部分摩擦力外，還會(huì)使其獲得動(dòng)能，結(jié)果導(dǎo)致實(shí)測(cè)值偏低。因此，須對(duì)泊肅葉公式作必要的修正：ltvmlvtghr884（1-3 ）式中， m 毛細(xì)管兩端液體流動(dòng)有關(guān)常數(shù)。若令lvghra84；lmvb8，式（ 1-3 ）可簡(jiǎn)化為：tbat（1-4 ）3、聚合物溶液粘度的測(cè)定采用烏氏粘度計(jì)測(cè)定聚合物溶液的粘度時(shí)，常用到以下兩個(gè)參數(shù)：（1）相對(duì)粘度0r（1-5 ）. . . 2 / 5 （2）增比粘度00sp（1-6 ）式中，聚合物溶液粘度；0純?nèi)軇┱扯?。整合式?1-4 ）和式（

4、 1-5 ） ，即有：000/tbattbatr（1-7 ）在實(shí)驗(yàn)中，如果儀器設(shè)計(jì)得當(dāng)和溶劑選擇適宜，可以忽略動(dòng)能改正影響，式（1-7）還可簡(jiǎn)化為：0000ttatatr（1-8 ）又因?yàn)樵趯?shí)驗(yàn)中，通常在極稀溶液中進(jìn)行，所以0，因此，式（1-5 ）和式（ 1-6 ）可改寫(xiě)成：0/ttr（1-9 ）00/)(tttsp（1-10）式中， t 和 t0分別是聚合物溶液和純?nèi)軇┑牧鞒鰰r(shí)間。顯然， 在一定溫度下測(cè)定純?nèi)軇┖筒煌瑵舛鹊木酆衔锶芤毫鞒龅臅r(shí)間，即可求出各種濃度下的r和sp。粘度除與分子量有關(guān)外，對(duì)溶液濃度有很大的依賴性。能夠反映這種依賴性的經(jīng)驗(yàn)公式很多，其中最常用的有兩個(gè)：ckcsp2 （1

5、-11 ）ccr2ln（1-12 ）式中， c溶液濃度； k和均為常數(shù)。如果用csp/或cr/ln對(duì) c 作圖（圖1-2 ） ，并外推到0c，兩條直線在縱坐標(biāo)上交于一點(diǎn)，其截距即是 。用公式為表示為：limlim00ccrcspc（1-13 ）式中， 聚合物溶液的特性粘度。. . . 3 / 5 cspcrln圖 1-2 csp對(duì) c 和crln對(duì) c 關(guān)系圖4、聚合物溶液的特性粘度與分子量的關(guān)系溶液體系確定之后，在一定溫度下， 聚合物溶液的特性粘度值域聚合物的分子量有關(guān)。這種關(guān)系滿足mar-houwink 方程，即：km（ 1-14）式中， k，均為常數(shù)，其值與聚合物、溶劑、溫度和分子量分布

6、圍有關(guān)。聚苯乙烯在25，甲苯作溶劑時(shí)，k = 9.2 10-3， = 0.72 。由此可以計(jì)算聚合物的平均分子量。三、儀器藥品1、儀器恒溫槽一套、烏氏粘度計(jì)、砂芯漏斗、針筒、容量瓶、移液管、精密溫度計(jì)等。2、藥品聚苯乙烯，工業(yè)級(jí)；甲苯，分析純。四、實(shí)驗(yàn)步驟1、粘度計(jì)和玻璃儀器的洗滌（1）粘度計(jì)先用經(jīng)砂芯漏斗慮過(guò)的水洗滌，洗去小球g 、e中的沙粒灰塵，把水甩干。（2）由 a管倒入經(jīng)過(guò)濾的新配制的洗液，灌滿后用小燒杯蓋住，防止塵粒落入。放置約2h后把洗液倒出， 先用濾過(guò)的自來(lái)水沖洗，再用濾過(guò)的蒸餾水沖洗幾次，倒掛干燥或放入烘箱烘干。（3）移液管、容量瓶應(yīng)用慮過(guò)的洗液和水洗凈烘干備用。（4）對(duì)于放過(guò)

7、聚合物溶液的粘度計(jì)和其它儀器，應(yīng)先用熔劑浸泡，然后用水和洗液洗凈。否則，有機(jī)物會(huì)將洗液中的k2cr2o7還原，使洗液失效。聚合物也會(huì)被碳化，使儀器堵塞，不易洗凈。在用洗液浸泡以前，儀器中的水應(yīng)盡量弄干，否則，將沖稀洗液，降低其去污效果。2、聚合物溶液配制在分析天平上稱取0.2g0.3g （精確到0.01mg）聚苯乙烯，小心加入25ml 容量瓶中，加入略少于25ml 的甲苯（不必過(guò)濾） ，置于恒溫槽中（控溫25 0.1 ） ，待恒溫后，用砂芯漏斗慮入另一只25ml 容量瓶中，并通過(guò)砂芯漏斗加入甲苯至刻度。恒溫待用。3、溶劑流出時(shí)間t0的測(cè)定（1）在精確控溫25 0.1 的條件下，將粘度計(jì)放入恒溫

8、槽中，使粘度計(jì)和水溶液面保持垂直，水面浸沒(méi)g球。固定好粘度計(jì)，在b，c兩管上小心接上乳膠管。（2）一起裝置符合要求后，用移液管吸取10ml 溶劑放入粘度計(jì)a管中，. . . 4 / 5 保溫幾分鐘，用夾子夾緊c管的乳膠管。（3）用針管在b 管的乳膠管上將溶液抽吸至g球的一半處，停止抽吸，移去針管，松開(kāi)c管通向大氣，使空氣進(jìn)入d球。（4）水平觀察g球中液面的下降。 當(dāng)液面降至a 線處， 按下秒表， 記下流經(jīng)ab 刻度的時(shí)間，即為 t0。重復(fù)三次，誤差不超過(guò)0.2s ，取三次平均值為t0。（5）溶劑倒入回收瓶中，粘度計(jì)烘干待用。4、溶液流出時(shí)間t 的測(cè)定（1） 粘度計(jì)烘干放置冷卻后，按上面同樣的要

9、求和方法測(cè)定溶液的流出時(shí)間。用另一支10ml移液管精確吸取10ml 溶液注入a管中，同樣重復(fù)三次測(cè)得流出時(shí)間t1。（2） 再用吸溶劑的移液管向粘度計(jì)中移入5ml 溶劑，這是，粘度計(jì)中溶液濃度是原來(lái)的2/3 ，并用針筒抽吸幾次，使其混勻。 用同樣方法測(cè)得t2。此后分別再加入5ml、10ml、10ml 溶劑，測(cè)得 t3，t4，t5。奧氏烏氏圖 1-2 粘度計(jì)結(jié)構(gòu)對(duì)比5、結(jié)果處理（1）實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)填入下表：流出時(shí)間（ s）rrlncrlnspcsp一二三平均t0 t1c=c0 t2c=2/3 c0t3c=1/2 c0t4 c=1/3 c0t5c=1/4 c0（2）作圖. . . 5 / 5 假定溶液的初

10、始濃度10c，則依次分加溶劑5ml、5ml、10ml 和 10ml 后的溶液相對(duì)濃度分別為 2/3 ，1/2 ，1/3 ，1/4（以 c表示）。 以csp/和cr/ln分別對(duì) c作圖， 外推至 c= 0 所得截距為a，即有：0/ca（1-15 ）式中， c0實(shí)際起始濃度（g/ml ） 。作圖時(shí)，橫坐標(biāo)可取24 格處作為相對(duì)濃度1，則 16 格、 12 格、 8 格、 6 格處的相對(duì)濃度分別是 2/3 、1/2 、1/3 和 1/4 。（3）分子量計(jì)算根據(jù)已知的k和，按m公式計(jì)算分子量。五、須知1、烏氏粘度計(jì)上的a、b、c三支管中， b、c兩管特別細(xì)，極易折斷，因此，拿粘度計(jì)時(shí)必須拿住 a管。特別是在安裝、固定和取出時(shí)，更應(yīng)該小心謹(jǐn)慎。