黏度法测水溶性高聚物黏均摩尔质量

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1、实验一粘度法测定水溶性高聚物粘均摩尔质量实验目的1．掌握粘度法测定聚合物摩尔质量的基本原理。2．测定聚乙烯基吡咯烷酮的粘均摩尔质量实验原理单体分子经加聚或缩聚过程便可合成高聚物。高聚物的摩尔质量具有以下特点：一是摩尔质量一般在103～107之间，比低分子大的多，二是除了几种有限蛋白质高分子以外，无论是天然还是合成的高聚物，摩尔质量都是不均一的，也就是说高聚物的摩尔质量只有统计意义。高聚物溶液由于其分子链长度远大于溶剂分子，液体分子有流动或有相对运动时，会产生内摩擦阻力。内摩擦阻力越大，表现出来的粘度就越大，而且与聚合物的

2、结构、溶液浓度、溶剂性质、温度以及压力等因素有关。聚合物溶液粘度的变化，一般采用下列有关的粘度量进行描述。1.粘度比（相对粘度）用表示。如果纯溶剂的粘度为，相同温度下溶液的粘度为，(1－1)2.粘度相对增量（增比粘度）用表示。是相对于溶剂来说，溶液粘度增加的分数(1－2)与溶液浓度有关，一般随质量浓度C的增加而增加。3.粘数（比浓粘度）对高分子聚合物溶液，粘度相对增量往往随溶液浓度的增加而增大，因此常用其与浓度C之比来表示溶液的粘度，称为粘数，即(1－3)4.对数粘数（比浓对数粘度）是粘度比的自然对数与浓度之比，即(1－

3、4)单位为浓度的倒数，常用mL/g表示。1.极限粘度(特性粘度)定义为粘数或对数粘数在无限稀释时的外推值，用［］表示，即(1-5)［］称为极限粘数，又称特性粘数，其值与浓度无关，量纲是浓度的倒数。实验证明，对于指定的聚合物在给定的溶剂和温度下，［］的数值仅由试样的粘均摩尔质量所决定。［］与高聚物摩尔质量之间的关系，通常用带有两个参数的Mark—Houwink经验方程式来表示：即(1-6)式中：K――比例常数；――扩张因子，与溶液中聚合物分子的形态有关；――粘均摩尔质量K、与温度、聚合物的种类和溶剂性质有关，K值受温度影响

4、较大，而值主要取决于高分子线团在溶剂中舒展的程度，一般介于0.5～1.0之间。在一定温度时，对给定的聚合物－溶剂体系，一定的粘均摩尔质量范围内K、为一常数，［］只与粘均摩尔质量大小有关。K、值可从有关手册中查到（附录），或采用几个标准样品根据式(1-6)进行确定，标准样品的粘均摩尔质量可由绝对方法（如渗透压和光散射法等）确定。在一定温度下，聚合物溶液粘度对浓度有一定的依赖关系。描述溶液粘度与浓度关系的方程式很多，应用较多的有：哈金斯（Huggins）方程ηspc=η+kη2c(1-7)和克拉默（Kraemer）方程对于指

5、定的聚合物在给定温度和溶剂时，k、应是常数，其中k称为哈金斯（Huggins）常数。它表示溶液中聚合物之间和聚合物与溶剂分子之间的相互作用，k值一般说来对摩尔质量并不敏感。用对c的图外推和用对c的图外推得到共同的截距［］，如图2-18-1所示：图1外推法求［］由此可见，用粘度法测定高聚物摩尔质量，关键在于［］的求得。测定粘度的方法很多，如：落球法、旋转法、毛细管法等。最方便的方法是用毛细管粘度计测定溶液的粘度比。常用的粘度计有乌氏（Ubbelchde）粘度计，如图2-18-2所示，其特点是溶液的体积对测量没有影响，所以可

6、以在粘度计内采取逐步稀释的方法得到不同浓度的溶液。当液体在重力作用下流经毛细管时，遵守Poiseuille定律(1-8)式中：η为液体的粘度；ρ为液体密度；r为毛细管的半径；g为重力加速度；l为毛细管的长度；V为流经毛细管液体体积；h为流经毛细管液体的平均液柱高度；t为V体积液体的流出时间；m是与仪器有关的常数，当rl≪1时，可取m＝1。对于给定的粘度计，令，，则（1－8）可以改写为（1－9）式中＜1,当t＞100s时，等式右边的第二项可以忽略如溶液的浓度不大(小于1×10kg·m-3)，溶液的密度与溶剂的密度可近似地看

7、作相同，即ρ≈ρ0；t和t0分别为溶液和溶剂在毛细管中的流出时间，则ηr=ηη0=tt0(1-10)所以只需测定溶液和溶剂在毛细管中的流出时间就可得到。实验药品、仪器型号及测试装置示意图1.实验药品聚乙烯基吡咯烷酮（PVP）、去离子水2.实验仪器乌式黏度计，恒温槽（要求温度波动不大于±0.05℃），洗耳球，移液管（1mL，10mL），秒表，橡皮管，夹子，铁架台。3.测试装置示意图见右:图2乌氏粘度计4.实验条件室温，通常湿度，常压下实验步骤1.调节恒温槽温度至30±0.05℃安装好恒温槽各元件后，调节接点温度计温度指示螺

8、母上沿所指温度较指示温度低1～2℃，接通电源，同时开通搅拌，这时绿色指示灯亮，表示加热器在工作。当绿灯熄灭后，等温度升到最高，观察接点温度计与1／10温度计的差别，按差别大小进一步调节温度计，直到达到规定的温度值，这时略为正向或反向调节螺母，即能使红绿灯交替出现。扭紧固定螺钉，固定调节帽位置后，观察红灯出现后温度计的