粘度法测定高聚物的相对摩尔质量实验报告.doc

粘度法测定高聚物的相对摩尔质量一、实验目的：1、掌握乌氏粘度计测量粘度的原理和方法。2、掌握粘度法测定聚乙烯分子量的原理、过程和数据处理方法。二、实验原理：由于高聚物的分子质量大小不一、参差不齐且没有一个确定的值故实验测定某一高聚物的分子质量实际为分子质量的平均值称为平均分子质量（即平均摩尔质量）。根据测定原理和平均值计算方法上的不同常分为数均分子质量、质均分子质量、Z均分子质量和粘均分子质量。对于同一聚合物其测得的数均、质均、Ｚ均或粘均分子质量在数值上往往不同。人们常用渗透压、光散射及超离心沉降平衡等法测得分子质量的绝对值。粘度法能测出分子质量的相对值但因其设备简单操作方便并有很好的实验精度故是人们所常用的方法之一。粘度是液体流动时内摩擦力大小的反映。纯溶剂粘度反映了溶剂分子间内摩擦效应之总和；而高聚物溶液粘度η是高聚物分子之间的内摩擦、高聚物分子与溶剂分子间内摩擦以及溶剂分子间内摩擦三者总和。因此通常高聚物溶液的粘度η大于纯溶剂粘度即η>。为了比较这两种粘度引入增比粘度的概念以表示：=(3-1)式中为相对粘度表示已扣除了溶剂分子间内外摩擦效应只留下溶剂分子与高聚物分子之间、高聚物分子相互间的内摩擦效应其值随高聚物浓度而变。Huggins(1941年)和Kraemer（1983年）分别找出/C（称为比浓粘度）以及ln/C（称为比浓对数粘度）与溶液浓度的关系：(3-2)(3-3)实验发现：对同一高聚物两直线方程外推所得截距交于一点；常数为正值一般为负值且两者之差约为0.5；值是与高聚物分子质量有关的量并称之为特征粘度。(3-4)(3-5)可见反映了在无限稀溶液中溶剂分子与高聚物分子间的内外摩擦效应它不仅与溶剂的性质而且与高聚物的形态和大小有关。的单位是浓度的倒数它的数值随溶液浓度的表示法不同而异。本实验的浓度用100mL溶液中所含高聚物分子的克数作为浓度的单位。常用于描述高聚物分子质量与特征粘度的关系式是Mark经验式：（3-6）式中：是粘均分子量；K和是与温度、高聚物及溶剂性质有关的常数。K值对温度较敏感值主要取决于高聚物分子线团在溶剂中的舒展程度。在良性溶剂中高聚物分子呈线性伸展与溶剂摩擦机会增加值变大；反之在不良溶剂中值小。值一般在0.5～1之间而K、的具体数值只能通过诸如渗透压、光散射等的绝对方法确定现将常用的几种高聚物——溶剂体系的数值列于下表。高聚物溶剂T/KK×104聚乙烯醇水水298.2303.22.06.660.760.64聚苯乙烯苯甲苯293.2298.21.233.700.720.62聚甲基丙烯酸甲酯苯298.20.380.79因在良性溶剂中温度对的影响不很显著因此如果测定时的温度与上表指定的温度有所不同K和值亦可近似适用。至此可知：高聚物的相对摩尔质量的测定最后归结为溶液特征粘度的测定。液体粘度的测定方法有三类：落球法、转筒法和毛细管法。前两种适用于高中粘度的测定毛细管法适用于较低粘度的测定。本实验采用毛细管法。当溶液在重力作用下流经毛细管粘度计时根据Poiseuille近似公式：(3-7)式中—液体粘度—液体密度l和r—毛细管长度和半径t—体积为V的液体流经毛细管的时间h—液体流经毛细管液体的平均液柱高度g—重力加速度。对某一指定毛细管粘度计其r、h、l和V均为定值则式（3-7）可改定写为：(3-8)式中。通常是在稀溶液中测定高聚物的粘度故溶液的密度与溶剂的密度近似相等则溶液的相对粘度可表示为：（3-9）式中t和分别为溶液和纯溶剂的流出时间。实验中只要测出不同浓度下高聚物的相对粘度即可求得、/C和ln/C。作/C对C和ln/C对C图外推至C=0时可得（如图3-1所示）。在已知K、值条件下可由式（3-6）计算出高聚物的相对摩尔质量。三、仪器和药品：仪器和材料：恒温