粘度法測定聚合物的分子量試驗(yàn)報(bào)告

本文格式為Word版，下載可任意編輯——粘度法測定聚合物的分子量試驗(yàn)報(bào)告試驗(yàn)一粘度法測定聚合物的分子量

粘度法是測定聚合物分子量的相對方法。高聚物分子量對高聚物的力學(xué)性能、溶解性、滾動性均有極大影響。由于粘度法具有設(shè)備簡單、操作便利、分子量適用范圍廣、試驗(yàn)精度高等優(yōu)點(diǎn)，在聚合物的生產(chǎn)及科研中得到十分廣泛的應(yīng)用。本試驗(yàn)是采用烏氏粘度計(jì)測定甲苯溶液中聚苯乙烯粘度，進(jìn)而測定求出PS試樣分子量。

一、試驗(yàn)?zāi)康囊?/p>

1、把握粘度法測定聚合物分子量的試驗(yàn)基本方法。2、了解粘度法測定聚合物分子量的基本原理。3、通過測定特性粘度，能夠計(jì)算PS的分子量。

二、試驗(yàn)原理

1、粘性液體的牛頓型滾動

粘性流體在滾動過程中，由于分子間的相互作用，產(chǎn)生了阻礙運(yùn)動的內(nèi)摩擦力，粘度就是這種內(nèi)摩擦力的表現(xiàn)。即粘度可以表征粘性液體在滾動過程中所受阻力的大小。

依照牛頓的粘性滾動定律，當(dāng)兩層滾動液體間由于粘性液體分子間的內(nèi)摩擦力在其相鄰各

流層之間產(chǎn)生滾動速度梯度是（dv/dr），液體對滾動的粘性阻力是：F/A???dv/dr（1-1）

該式即為牛頓流體定律。

式中，η—液體粘度，單位（Pa·s）；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)管中的滾動基本屬于牛頓型滾動。在測定聚合物的特性粘度[η]時，以毛細(xì)管粘度計(jì)最為便利。2、泊肅葉定律

高分子溶液在均勻壓力p（即重力ρgh）作用下，流經(jīng)半徑為R、長度為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：

?ghR4?t??（1-2）

8LV式中，g—重力加速度；ρ—流體的密度；V—液出體積；t—流出時間。

由于液體在毛細(xì)管內(nèi)滾動存在位能，除戰(zhàn)勝部分內(nèi)摩擦力外，還會使其獲得動能，結(jié)果導(dǎo)致實(shí)測值偏低。因此，須對泊肅葉公式作必要的修正：

?ghR4?tm?V???（1-3）

8LV8?Lt式中，m—毛細(xì)管兩端液體滾動有關(guān)常數(shù)。

?ghR4?BmV若令A(yù)?；B?，式（1-3）可簡化為：?At?（1-4）

?t8LV8?L3、聚合物溶液粘度的測定

采用烏氏粘度計(jì)測定聚合物溶液的粘度時，常用到以下兩個參數(shù)：（1）相對粘度

?r??（1-5）?0（2）增比粘度

?sp????0（1-6）?0式中，η—聚合物溶液粘度；η0—純?nèi)軇┱扯?。整合式?-4）和式（1-5），即有：

?r??At?B/t?（1-7）?0At0?B/t0在試驗(yàn)中，假使儀器設(shè)計(jì)得當(dāng)和溶劑選擇適合，可以忽略動能改正影響，式（1-7）還可簡化為：

?r??At?t??（1-8）?0At0?0t0又由于在試驗(yàn)中，尋常在極稀溶液中進(jìn)行，所以ρ≈ρ0，因此，式（1-5）和式（1-6）可改寫成：

?r?t/t0（1-9）?sp?(t?t0)/t0（1-10）

式中，t和t0分別是聚合物溶液和純?nèi)軇┑牧鞒鰰r間。顯然，在一定溫度下測定純?nèi)軇┖筒煌瑵舛鹊木酆衔锶芤毫鞒龅臅r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，對溶液濃度有很大的依靠性。能夠反映這種依靠性的經(jīng)驗(yàn)公式好多，其中最常用的有兩個：

?spc?[?]?k'[?]2c（1-11）

ln?r?[?]??[?]2c（1-12）c式中，C—溶液濃度；k′和β均為常數(shù)。

假使用?sp/c或ln?r/c對c作圖（圖1-2），并外推到c?0，兩條直線在縱坐標(biāo)上交于一點(diǎn)，其截距即是[?]。用公式為表示為：

lim?spcc?0?lim?r?[?]（1-13）

c?0c式中，[?]—聚合物溶液的特性粘度。

?spcln?rc圖1-2

?spc對c和

ln?r對c關(guān)系圖c4、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，α均為常數(shù)，其值與聚合物、溶劑、溫度和分子量分布范圍有關(guān)。聚苯乙烯在25℃，甲苯作溶劑時，K=9.2×10-3，α=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、縝密溫度計(jì)等。2、藥品

聚苯乙烯，工業(yè)級；甲苯，分析純。

四、試驗(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)砂芯漏斗慮過的水洗滌，洗去小球G、E中的沙?；覊m，把水甩干。（2）由A管倒入經(jīng)過濾的新配制的洗液，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，先用濾過的自來水沖洗，再用濾過的蒸餾水沖洗幾次，倒掛枯燥或放入烘箱烘干。

（3）移液管、容量瓶應(yīng)用慮過的洗液和水洗凈烘干備用。

（4）對于放過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)物會將洗液中的K2Cr2O7還原，使洗液失效。聚合物也會被碳化，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0.2g~0.3g（確切到0.01mg）聚苯乙烯，防備參與25ml容量瓶中，參與略少于25ml的甲苯（不必過濾），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，并通過砂芯漏斗參與甲苯至刻度。恒溫待用。3、溶劑流出時間t0的測定

（1）在確切控溫25℃±0.1℃的條件下，將粘度計(jì)放入恒溫槽中，使粘度計(jì)和水溶液面保持垂直，水面浸沒G球。固定好粘度計(jì)，在B，C兩管上防備接上乳膠管。（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，

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，中止抽吸，移去針管，松開C管通向大氣，使空氣進(jìn)入D球。

（4）水平觀測G球中液面的下降。當(dāng)液面降至a線處，按下秒表，記錄下來流經(jīng)ab刻度的時間，即為t0。重復(fù)三次，誤差不超過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、溶液流出時間t的測定（1）粘度計(jì)烘干放置冷卻后，按上面同樣的要求和方法測定溶液的流出時間。用另一支10ml移液管確切吸取10ml溶液注入A管中，同樣重復(fù)三次測得流出時間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)中溶液濃度是原來的2/3，并用針筒抽吸幾次，使其混勻。用同樣方法測得t2。此后分別再參與5ml、10ml、10ml溶劑，測得t3，t4，t5。

奧氏烏氏

圖1-2粘度計(jì)結(jié)構(gòu)對比

5、結(jié)果處理

（1）試驗(yàn)數(shù)據(jù)填入下表：流出時間（s）一t0t1c=c0二三平均?rln?rln?rc?sp?spct2c=2/3c0t3c=1/2c0t4c=1/3c0t5c=1/4c0（2）作圖

'假定溶液的初始濃度c0?1，則依次分加溶劑5ml、5ml、10ml和10ml后的溶液相對濃

度分別為2/3，1/2，1/3，1/4（以c′表示）。以?sp/c和ln?r/c分別對c′作圖，外推至c′=0所得截距為A，即有：

[?]?A/c0（1-15）

式中，c0—實(shí)際起始濃度（g/ml）。

作圖時，橫坐標(biāo)可取24格處作為相對濃度1，則16格、12格、8格、6格處的相對濃度分別是2/3、1/2、1/3和1/4。（3）分子量計(jì)算

?根據(jù)已知的K和α，按[?]?M?公式計(jì)算分子量。

五、本卷須知

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)時必需拿住A管。特別是在安裝、固定和取出時，更應(yīng)當(dāng)防備提防。

2、洗滌用水、溶劑和洗液必需事先