粘度法测定聚合物的分子量实验报告162.pdf

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1、实验一 粘度法测定聚合物的分子量 粘度法是测定聚合物分子量的相对方法。高聚物分子量对高聚物的力学性能、溶解性、流动性均有极大影响。由于粘度法具有设备简单、操作方便、分子量适用范围广、实验精度高等优点，在聚合物的生产及科研中得到十分广泛的应用。本实验是采用乌氏粘度计测定甲苯溶液中聚苯乙烯粘度，进而测定求出 PS 试样分子量。一、实验目的要求 1、掌握粘度法测定聚合物分子量的实验基本方法。2、了解粘度法测定聚合物分子量的基本原理。3、通过测定特性粘度，能够计算 PS 的分子量。二、实验原理 1、粘性液体的牛顿型流动 粘性流体在流动过程中，由于分子间的相互作用，产生了阻碍运动的 内摩擦力，粘度就是这

2、种内摩擦力的表现。即粘度可以表征粘性液体在流动过程中所受阻力的大小。按照牛顿的粘性流动定律，当两层流动液体间由于粘性液体分子间的内摩擦力在其相邻各流层之间产生流动速度梯度是（drdv/），液体对流动的粘性阻力是：drdvAF/（1-1）该式即为牛顿流体定律。式中，液体粘度，单位（Pas）；A平行板面积；F外力。符合牛顿流体定律的液体称为牛顿型液体。高分子稀溶液在毛细管中的流动基本属于牛顿型流动。在测定聚合物的特性粘度时，以毛细管粘度计最为方便。2、泊肃叶定律 高分子溶液在均匀压力 p（即重力gh）作用下，流经半径为 R、长度为 L 的均匀毛细管，根据牛顿粘性定律，可以导出泊肃叶公式：LVtgh

3、R84 （1-2）式中，g重力加速度；流体的密度；V液出体积；t流出时间。由于液体在毛细管内流动存在位能，除克服部分内摩擦力外，还会使其获得动能，结果导致实测值偏低。因此，须对泊肃叶公式作必要的修正：LtVmLVtghR884 （1-3）式中，m毛细管两端液体流动有关常数。若令LVghRA84；LmVB8，式（1-3）可简化为：tBAt （1-4）3、聚合物溶液粘度的测定 采用乌氏粘度计测定聚合物溶液的粘度时，常用到以下两个参数：（1）相对粘度 0r （1-5）（2）增比粘度 00sp （1-6）式中，聚合物溶液粘度；0纯溶剂粘度。整合式（1-4）和式（1-5），即有：000/tBAttBAt

4、r （1-7）在实验中，如果仪器设计得当和溶剂选择合适，可以忽略动能改正影响，式（1-7）还可简化为：0000ttAtAtr （1-8）又因为在实验中，通常在极稀溶液中进行，所以0，因此，式（1-5）和式（1-6）可改写成：0/ttr （1-9）00/)(tttsp （1-10）式中，t 和 t0分别是聚合物溶液和纯溶剂的流出时间。显然，在一定温度下测定纯溶剂和不同浓度的聚合物溶液流出的时间，即可求出各种浓度下的r和sp。粘度除与分子量有关外，对溶液浓度有很大的依赖性。能够反映这种依赖性的经验公式很多，其中最常用的有两个：ckcsp2 （1-11）ccr2ln （1-12）式中，C溶液浓度；k

5、和均为常数。如果用csp/或cr/ln 对 c 作图（图 1-2），并外推到0c，两条直线在纵坐标上交于一点，其截距即是。用公式为表示为：limlim00ccrcspc （1-13）式中，聚合物溶液的特性粘度。csp crln 图 1-2 csp对 c 和crln对 c 关系图 4、聚合物溶液的特性粘度与分子量的关系 溶液体系确定之后，在一定温度下，聚合物溶液的特性粘度值域聚合物的分子量有关。这种关系满足 Mar-Houwink 方程，即：KM （1-14）式中，K，均为常数，其值与聚合物、溶剂、温度和分子量分布范围有关。聚苯乙烯在 25，甲苯作溶剂时，K=9.210-3，=0.72。由此可以

6、计算聚合物的平均分子量。三、仪器药品 1、仪器 恒温槽一套、乌氏粘度计、砂芯漏斗、针筒、容量瓶、移液管、精密温度计等。2、药品 聚苯乙烯，工业级；甲苯，分析纯。四、实验步骤 1、粘度计和玻璃仪器的洗涤（1）粘度计先用经砂芯漏斗虑过的水洗涤，洗去小球 G、E 中的沙粒灰尘，把水甩干。（2）由 A 管倒入经过滤的新配制的洗液，灌满后用小烧杯盖住，防止尘粒落入。放置约 2h后把洗液倒出，先用滤过的自来水冲洗，再用滤过的蒸馏水冲洗几次，倒挂干燥或放入烘箱烘干。（3）移液管、容量瓶应用虑过的洗液和水洗净烘干备用。（4）对于放过聚合物溶液的粘度计和其它仪器，应先用熔剂浸泡，然后用水和洗液洗净。否则，有机物

7、会将洗液中的 K2Cr2O7还原，使洗液失效。聚合物也会被碳化，使仪器堵塞，不易洗净。在用洗液浸泡以前，仪器中的水应尽量弄干，否则，将冲稀洗液，降低其去污效果。2、聚合物溶液配制 在分析天平上称取 0.2g0.3g（精确到 0.01mg）聚苯乙烯，小心加入 25ml 容量瓶中，加入略少于 25ml 的甲苯（不必过滤），置于恒温槽中（控温 250.1），待恒温后，用砂芯漏斗虑入另一只 25ml 容量瓶中，并通过砂芯漏斗加入甲苯至刻度。恒温待用。3、溶剂流出时间 t0的测定（1）在精确控温 250.1的条件下，将粘度计放入恒温槽中，使粘度计和水溶液面保持垂直，水面浸没 G 球。固定好粘度计，在 B

8、，C 两管上小心接上乳胶管。（2）一起装置符合要求后，用移液管吸取 10ml 溶剂放入粘度计 A 管中，保温几分钟，用夹子夹紧 C 管的乳胶管。（3）用针管在 B 管的乳胶管上将溶液抽吸至 G 球的一半处，停止抽吸，移去针管，松开 C管通向大气，使空气进入 D 球。（4）水平观察 G 球中液面的下降。当液面降至 a 线处，按下秒表，记下流经 ab 刻度的时间，即为 t0。重复三次，误差不超过 0.2s，取三次平均值为 t0。（5）溶剂倒入回收瓶中，粘度计烘干待用。4、溶液流出时间 t 的测定（1）粘度计烘干放置冷却后，按上面同样的要求和方法测定溶液的流出时间。用另一支 10ml移液管精确吸取

9、10ml 溶液注入 A 管中，同样重复三次测得流出时间 t1。（2）再用吸溶剂的移液管向粘度计中移入 5ml 溶剂，这是，粘度计中溶液浓度是原来的 2/3，并用针筒抽吸几次，使其混匀。用同样方法测得 t2。此后分别再加入 5ml、10ml、10ml 溶剂，测得 t3，t4，t5。奥氏 乌氏 图 1-2 粘度计结构对比 5、结果处理（1）实验数据填入下表：流出时间（s）r rln crln sp csp 一 二 三 平均 t0 t1 c=c0 t2 c=2/3 c0 t3 c=1/2 c0 t4 c=1/3 c0 t5 c=1/4 c0 （2）作图 假定溶液的初始浓度10c，则依次分加溶剂 5m

10、l、5ml、10ml 和 10ml 后的溶液相对浓度分别为 2/3，1/2，1/3，1/4（以 c表示）。以csp/和cr/ln 分别对 c作图，外推至 c=0 所得截距为 A，即有：0/cA （1-15）式中，c0实际起始浓度（g/ml）。作图时，横坐标可取 24 格处作为相对浓度 1，则 16 格、12 格、8 格、6 格处的相对浓度分别是 2/3、1/2、1/3 和 1/4。（3）分子量计算 根据已知的 K 和，按M公式计算分子量。五、注意事项 1、乌氏粘度计上的 A、B、C 三支管中，B、C 两管特别细，极易折断，因此，拿粘度计时必须拿住 A 管。特别是在安装、固定和取出时，更应该小心谨慎。2、洗涤用水、溶剂和洗液必须事先过滤，以防灰尘杂质等带入粘度计阻塞毛细管。3、在配制溶液、量取溶液和溶剂都须在同一温度下进行。六、思考题 1、影响粘度计法测定聚合物分子量精确性的因素有哪些？2、粘度计 C 管的作用是什么？3、M中的 K 和值在什么条件下是常数？如何通过实验方法测得？4、粘度计法测定聚合物分子量有哪些优点？