实验20 粘度法测定聚合物分子量

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1、实验20粘度法测定聚合物的分子量一、试验目的1.了解粘度法测定聚合物平均分子量的原理。2.掌握粘度法测定的实验技术和数据处理方法。3.掌握一点法测定聚乙烯醇分子量的方法。二、实验原理本实验采用乌氏粘度计测定聚乙烯醇稀水溶液的粘度，进而求出聚乙烯醇试样的分子量，对于浓溶液与聚合物的熔体粘度行为，因为很难找出准确的分子量，在此不作讨论。某一溶剂在一定的温度下溶入聚合物，其粘度大大增加，而粘度的增加与聚合物的分子量有密切关系，从而利用这个性质在适当的条件下测定聚合物的分子量。试验证明，许多聚合物溶液不是理想溶液，称为非牛顿流体，其

2、流动规律不服从牛顿流体规律，但对于一般柔性链聚合物在切变速度较低且分子量适中时，其稀溶液可按牛顿流体处理。聚合物稀溶液的粘度主要反应了三种内摩擦：溶剂间流动时产生的内摩擦高分子间的内摩擦高分子与溶剂间的内摩擦这三者的总和表现为聚合物稀溶液的粘度，记为η1，而由溶剂表现的粘度即纯溶剂粘度为η0。特性粘数[η]是几种粘度中最重要的一种粘度，其数学式为：（20-1）它为无限稀释的高分子溶液的比浓粘度，这时溶液所呈现的粘度行为主要反映了高分子与溶剂间的内摩擦。特性粘度已不再与溶液的浓度有关，它表示单个分子对溶液粘度的贡献。外推法求特

3、性粘度是较常用的方法，即在各种不同的浓度下求得或，然后作—C图或—C图再外推到时其截距即为。测得特性粘度之后，即可用下式求得分子量：（20-2）式中：M为聚合物的平均分子量；为特性粘度，其单位是浓度的倒数；为与溶液中聚合物分子形态有关的指数项。K和是两个常数，其数值可以从有关手册查到，查找时要注意这两个常数的测定条件，如使用的温度、溶剂、适用的分子量范围、单位以及校正方法。但通常用“外推法”测定特性粘度要求至少有四个不同浓度的溶液，这样操作比较麻烦。目前有一种近似的方法，叫“一点法”，只要配制一种浓度的溶液就可求得。使用“一

4、点法”通常有两种途径：一是求出与分子量无关的参数，然后用Maron公式推算出特性粘度；二是直接用公式计算：（20-3）式中：C――溶液浓度g/100ml－－增比粘度――相对粘度――特性粘度这样，只要测得，，C便可求出，其结果与外推法基本上相吻合。测定，时常用乌氏粘度计，如右图。在操作时把液体自A管吸至B管时，C管是关闭的，在液体自B管流下前，先开启C管，此时空气进入D球，毛细管下端的液面下降，在毛细管内流下的液体形成一个气承悬浮液柱，液体出了毛细管下端就沿管壁流下，这样可以避免出口处产生湍流的可能，而且液柱高度与A管内液面的

5、高低无关，因而流出时间与A管内试液的体积没有关系，可以直接在粘度计内对溶液进行一系列的稀释。作粘度测定时，在A管中加入适量液体，C管用橡皮管夹住，在B管口将液体吸至G球的一半，开启C管任溶液流下，记录液面流经两个界限a、b所需的时间t。当液体在毛细管粘度计中流动时，如果促使液体流动的力全部用以克服液体的内摩擦而没有别的能量损耗时，由伯努利方程得知：图20.1乌氏粘度计结构图（20-4）而实际上促使液体流动的力除了克服液体间的摩擦外，液体还获得了动能，这部分能量消耗在计算中必须予以校正，经校正后的公式为：（20-5）式中:P―

6、―毛细管两端的压力差h――毛细管液柱的平均高度V――在t时间内流出液体的体积t――液体流出的时间R――粘度计毛细管的直径L――毛细管的长度――被测液体的密度m――粘度计的仪器常数，视毛细管两端液体流动的情况而定。令，由此可以看出A，B是与粘度计有关的常数，每支粘度计都有其确定的数值，将A，B代入（20-5）式得：（20-6）式中：是液体的比密粘度，又叫运动粘度。式（20-6）表示成线性方程的形式为：（20-7）（20-8）可以通过上两式求得截距A和B。由于所测溶液是极稀的，一般认为（溶剂密度），同时我们用纯溶剂流经毛细管a，

7、b两线，所需时间大于100s的粘度计，此时动力校正项B对的影响可以忽略不计，因此：（20-9）（20-10）式中：t是溶液流出时间，是溶剂流出时间。这样，只要在一定温度下测定溶剂和不同浓度的聚合物溶液流经a，b线的时间，就可以算出各浓度下溶液的或，进而求得、M0。三、仪器和试剂恒温水槽一套（0.1℃）、乌氏粘度计1支、秒表1支、量筒10ml1个、医用乳胶管1支、夹子2支、移液管10ml2支、磨口三角瓶100ml2个、容量瓶100ml2个、2号玻砂漏斗1支、聚乙烯醇PVA、蒸馏水、100ml烧杯1个。四、实验步骤1洗涤仪器玻砂

8、漏斗，粘度计，移液管，本实验均需无尘干燥。2溶液配制用分析天平称取0.2gPVA样品于小烧杯中，加入20ml蒸馏水溶解，待完全溶解后移入100ml容量瓶中，在恒温水槽中用水稀释至刻度，然后用2号砂芯漏斗过滤到100ml磨口三角瓶中。3调节恒温水浴至300.1℃。4将溶剂（蒸馏水）瓶和样品溶