黏度法測定水溶性高聚物相對分子質(zhì)量

PAGEPAGE4黏度法測定水溶性高聚物相對分子質(zhì)量姓名：謝靜艷學號：20095052056班級：2009級應用化學班一、實驗目的1．掌握用烏氏粘度計測定液體粘度的原理和方法；2．測定聚乙二醇的平均相對分子質(zhì)量。二、實驗原理粘度是指液體對流動所表現(xiàn)的阻力，這種阻力反抗液體中相鄰部分的相對移動，可看作由液體內(nèi)部分子間的內(nèi)摩擦而產(chǎn)生。相距為ds的兩液層以不同速率（v和dv）移動時，產(chǎn)生的流速梯度為dv/ds。建立平穩(wěn)流動時，維持一定流速所需要的力

f’與液層接觸面積A以及流速梯度dv/ds成正比：f’=η?A?dv/ds單位面積液體的粘滯阻力用f表示，f=f’/A，則：f=η?dv/ds此式稱為牛頓粘度定律表示式，比例常數(shù)η稱為粘度系數(shù)，簡稱粘度，單位為Pa?s。如果液體是高聚物的稀溶液，則溶液的粘度反映了溶劑分子之間的內(nèi)摩擦力、高聚物分子之間的內(nèi)摩擦力、以及高聚物分子和溶劑分子之間的內(nèi)摩擦力三部分。三者之和表現(xiàn)為溶液總的粘度η。其中溶劑分子之間的內(nèi)摩擦力所表現(xiàn)的粘度如用η0表示的話，則由于溶液的粘度一般說來要比純?nèi)軇┑恼扯雀?，我們把兩者之差的相對值稱為增比粘度，記作ηsp：ηsp=(η-

η0)/η0溶液粘度與純?nèi)軇┱扯戎确Q為相對粘度ηr：ηr=η

/η0增比粘度表示了扣除溶劑內(nèi)摩擦效應后的粘度，而相對粘度則表示整個溶液的行為。它們之間的關(guān)系為：ηsp=

η/η0-1=ηr

-1高分子溶液的增比粘度一般隨濃度的增加而增加。為了便于比較，將單位濃度下所顯示出的增比粘度稱為比濃粘度ηsp/c。而將ln

ηr/c稱為比濃對數(shù)粘度。增比濃度與相對粘度均為無因次量。為消除高聚物分子之間的內(nèi)摩擦效應，將溶液無限稀釋，這時溶液所呈現(xiàn)的粘度行為基本上反映了高聚物分子與溶劑分子之間的內(nèi)摩擦，這時的粘度稱為特性粘度[η]：

特性粘度與濃度無關(guān)，實驗證明，在聚合物、溶劑、溫度三者確定后，特性粘度的數(shù)值只與高聚物平均相對分子質(zhì)量有關(guān)，它們之間的半經(jīng)驗關(guān)系式為：式中的K為比例系數(shù)，α是與分子形狀有關(guān)的經(jīng)驗常數(shù)。這兩個參數(shù)都與溫度、聚合物和溶劑性質(zhì)有關(guān)，在一定范圍內(nèi)與相對分子質(zhì)量無關(guān)。增比粘度與特性粘度之間的經(jīng)驗關(guān)系為：ηsp/c=[η]+K1?[η]2?c而比濃對數(shù)粘度與特性粘度之間的關(guān)系也有類似的表述：ln

ηr/c=[η]+β?[η]2?c因此將增比粘度與溶液濃度之間的關(guān)系及比濃對數(shù)粘度與濃度之間的關(guān)系描繪與坐標系中時，兩個關(guān)系均為直線，而且截距均為特性粘度。求出特性粘度后，就可以用前述半經(jīng)驗關(guān)系式求出高聚物的平均相對分子質(zhì)量。粘度測定的方法有用毛細管粘度計測量液體在毛細管中的流出時間、落球粘度計測定圓球在液體中的下落速率、旋轉(zhuǎn)粘度計測定液體與同心軸圓柱體相對轉(zhuǎn)動阻力等三種。本實驗采用第一種方法。

高分子溶液在毛細管粘度計中因重力作用而流出時，遵守泊肅葉定律：式中，ρ：液體密度；l：毛細管長度；r：毛細管半徑；t：流出時間；h：流經(jīng)毛細管液體的平均液柱高度；g：重力加速度；V：流經(jīng)毛細管液體的體積；m：與儀器幾何形狀有關(guān)的參數(shù)，當r/l

<<1時，取m=1。此式可改寫為：η/ρ=αt-β/t當β小于1，t大于100s時，第二項可忽略。對稀溶液，密度與溶劑密度近似相等，可以分別測定溶液和溶劑的流出時間，求算相對粘度ηr：ηr=η/η0=t

/t0根據(jù)測定值可以進一步計算增比粘度（ηr-1），比濃粘度（ηsp/c），比濃對數(shù)粘度（ln

ηr/c）。對一系列不同濃度的溶液進行測定，在坐標系里繪出比濃粘度和比濃對數(shù)粘度與濃度之間的關(guān)系，外推到c=0的點，此處的截距即為特性粘度。在K、α已知時，可求得平均相對分子質(zhì)量。對于聚乙二醇，在25℃時，K=1.56×10-3

（Kg-1?dm3），α=0.5。三、儀器、試劑儀器：烏氏粘度計，恒溫槽，移液管（5ml、10ml），洗耳球，燒杯（50ml），秒表；試劑：聚乙二醇四、實驗步驟1、溶劑流出時間的測定開啟恒溫水浴和攪拌器電源，調(diào)節(jié)溫度為25℃。從A管加入10ml左右的蒸餾水，用夾子夾住C管上的橡皮管下端，使其不通大氣。在B管口用吸耳球?qū)⑺畯腇球經(jīng)D球、毛細管、E球抽至G球中部，取下吸耳球，同時松開C管上的夾子，使其通大氣，此時溶液順毛細管而流下。當液面流經(jīng)刻度a線處時，立即按下秒表開始記時，至b處則停止記時。記下流體流經(jīng)a，b之間所需的時間，即為t0

2、溶液流出時間的測定取出黏度計，清去其中的水，用溶液潤洗2到3遍。用移液管吸取已知濃度的聚乙二醇溶液10.00mL，由A管注入黏度計中，在C管處用洗耳球打氣，使溶液混合均勻，濃度記為c1，恒溫10min，進行測定。測得刻度a、b之間的液體流經(jīng)毛細管所需時間，即為t1值。然后依次由A管用移液管準確加入2.00mL、3.00mL、5.00mL、10.00mL蒸餾水，將溶液稀釋，使溶液濃度分別為c2、c3、c4、c5，按上述方法分別測定溶液流經(jīng)毛細管的時間t2、t3、t4、t5應注意每次稀釋后都要將溶液在F球中充分攪勻(可用洗耳球打氣的方法，但不要將溶液濺到管壁上)，然后將稀釋液抽洗黏度計的毛細管、E球和G球，使黏度計內(nèi)各處溶液的濃度相等，而且須恒溫。五、實驗數(shù)據(jù)記錄及處理t0=54.40s項項目加水V/mlC/g?ml-1H2Ot/sηrηspln

ηr/cηsp/c00.0456.101.1880.1884.3074.70020.03354.911.1530.1534.3144.63630.02752.681.00950.0953.3613.51950.0251.501.0790.0793.8023.950100.01350.251.0470.0473.5333.615作圖如下：上圖可得實際[η]=3.40代入公式得：聚乙二醇的平均相對分子質(zhì)量M=4750164g/mol六、注意事項1、本實驗溶液的稀釋是直接在黏度計中進行的，因此，每加入一次溶劑進行稀釋時必須混合均勻，并抽洗E球和G球，要注意多次(不少于三次)用稀釋液抽洗毛細管，保持黏度計內(nèi)各處濃度相等。2、液體黏度的溫度系數(shù)較大，實驗中應嚴格控制溫度恒定，溶液每次稀釋恒溫后才能測量，否則難以獲得重現(xiàn)性結(jié)果。3、測定時黏度計要垂直放置，實驗過程中不要振動黏度計，否則，影響實驗結(jié)果的準確性。七思考題1、烏氏粘度計中存在氣泡，對實驗結(jié)果有無影響？答：若氣泡存在于a和b之間，則對