粘度的测定和应用(乌氏粘度计法)

实验十七粘度法测定高聚物的摩尔质量实验室一角实验十七粘度法测定高聚物的摩尔质量一实验目的2.掌握用乌氏(Ubbelohde)粘度计测定高聚物溶液粘度的原理与方法。1.了解粘度法测定高聚物分子量的基本原理和公式。3.测定聚丙烯酰胺或聚乙烯醇的摩尔质量。二实验原理高聚物摩尔质量不仅反映了高聚物分子的大小，而且直接关系到它的物理性能，是个重要的基本参数。与一般的无机物或低分子的有机物不同，高聚物多是摩尔质量大小不同的大分子混合物，所以通常所测高聚物摩尔质量是一个统计平均值。有几种表示方式，本实验测定是什么摩尔质量？二实验原理实践证明，在相同温度下,为了比较这两种粘度，引入增比粘度的概念，以表示：高聚物稀溶液的粘度是它在流动时内摩擦力大小的反映，这种流动过程中的内摩擦主要有：纯溶剂分子间的内摩擦，记作；高聚物分子与溶剂分子间的内摩擦；以及高聚物分子间的内摩擦。这三种内摩擦的总和称为高聚物溶液的粘度，记作。00sp000()//1spr二实验原理高聚物溶液的往往随质量浓度C的增加而增加。为了便于比较，定义单位浓度的增比粘度为比浓粘度，定义为比浓对数粘度。spC符号名称与物理意义0纯溶剂的粘度，溶剂分子与溶剂分子间的内摩擦表现出来的粘度。溶液的粘度，溶剂分子与溶剂分子之间、高分子与高分子之间和高分子与溶剂分子之间三者内摩擦的综合表现。r相对粘度，ηr=η/η0，溶液粘度对溶剂粘度的相对值。sp增比粘度，ηsp=(η－η0)/η0=η/η0–1=ηr–1，反映了高分子与高分子之间，纯溶剂与高分子之间的内摩擦效应。sp/C比浓粘度，单位浓度下所显示出的粘度。[]特性粘度，反映了高分子与溶剂分子之间的内摩擦。splnrC在一定温度和溶剂条件下，特性粘度[η]和高聚物摩尔质量M之间的关系式是Mark-Houwink经验方程：式中M为粘均分子量；K为比例常数；α是与分子形状有关的经验参数。K和α值与温度、聚合物、溶剂性质以及分子量大小有关。K值受温度的影响较明显，而α值主要取决于高分子线团在某温度下，某溶剂中舒展的程度，其数值介于0.5～1之间。K与α的数值可通过其它绝对方法确定，从粘度法只能测定得[η]。—MK][二实验原理二实验原理因为根据实验，在足够稀的高聚物溶液中有如下经验公式：cc2sp][][ccr2][][ln[]式中，κ和β分别称为Huggins和Kramer常数。二实验原理因此我们获得[η]的方法如图所示：一种方法是以ηsp/C对C作图，外推到C→0的截距值；另一种是以lnηr/C对C作图，也外推到C→0的截距值，两根线应会合于一点，这也可校核实验的可靠性。如果没有会合于一点，怎么解决？当溶液无限稀释时，高聚物分子彼此相隔甚远，它们的相互作用可以忽略。当溶液无限稀时有如下：sp00lnlimlim[]rcccc特性粘度二实验原理本实验采用毛细管法测定粘度，通过测定一定体积的液体流经一定长度和半径的毛细管所需时间而获得。当液体在重力作用下流经毛细管时，其遵守泊肃叶(Poiseuille)定律：LtVmVLthgr884η为液体的粘度；ρ为液体的密度；L为毛细管的长度；r为毛细管的半径；t为V体积液体的流出时间；V为流经毛细管的液体体积；h为流过毛细管液体的平均液柱高度；m为毛细管末端校正的参数。二实验原理对于某一只指定的粘度计而言，上式中许多参数是一定的，因此可以改写成：tBAt式中，B＜1，当流出的时间t在2min左右(大于100s)，该项可以忽略即At二实验原理又因通常测定是在稀溶液中进行，溶液的密度和溶剂的密度近似相等，因此可将ηr写成：000tttAtAr水液所以通过测定溶剂和溶液在毛细管中的流出时间，从上式求得ηr，再由外推法求[η]。t为测定溶液粘度时液面从a刻度流至b刻度的时间；t0为纯溶剂流过的时间；三仪器和试剂仪器：恒温槽1套；乌氏粘度计1支；分析天平1台；移液管(10mL)2支、(5mL)1支；停表1支；洗耳球1支；螺旋夹一支；橡皮管(约5cm长)2根；吊锤一支。试剂：聚乙烯醇(5g/L)。乌氏粘度计四实验步骤1.粘度计的洗涤先用热洗液(经砂心漏斗过滤)将粘度计浸泡，再用丙酮、自来水、蒸馏水分别冲洗几次，每次都要注意反复流洗毛细管部分，洗好后烘干备用(上一组的准备)。2.调节恒温槽温度至(30.0±0.1)℃，在粘度计的B管和C管上都套上橡皮管，然后将其垂直放入恒温槽，使水面完全浸没G球，并用吊锤检查是否垂直。四实验步骤用移液管分别吸取已知浓度的聚乙烯醇溶液10mL，由A管注入粘度计中，在C管处用洗耳球打气，使溶液混合均匀，浓度记为C1，恒温15min，进行测定。3.溶液流出时间的测定四实验步骤3.溶液流出时间的测定测定方法如下：将C管用夹子夹紧使之不通气，在B管处用洗耳球将溶液从F球经D球、毛细管、E球抽至G球2/3处，解去C管夹子，让C管通大气，此时D球内的溶液即回入F球，使毛细管以上的液体悬空。毛细管以上的液体下落，当液面流经a刻度时，立即按停表开始记时间，当液面降至b刻度时，再按停表，测得刻度a、b之间的液体流经毛细管所需时间。四实验步骤3.溶液流出时间的测定重复以上操作至少三次，它们间相差不大于0.3s，取三次的平均值为t1。然后依次由A管用移液管加入5mL、5mL、10mL、15mL水，将溶液稀释，使溶液浓度分别为C2、C3、C4、C5，用同法测定每份溶液流经毛细管的时间t2、t3、t4、t5。应注意每次加入水后，要充分混合均匀，并抽洗粘度计的E球和G球，使粘度计内溶液各处的浓度相等。四实验步骤4.溶剂流出时间的测定用蒸馏水洗净粘度计，尤其要反复流洗粘度计的毛细管部分。用水洗1～2次，然后由A管加入约15mL水溶液。用同法测定溶剂流出的时间t0。为什么是“大约”？这个值需要精确吗？五注意事项1、高聚物在溶剂中溶解缓慢，配制溶液时必须保证其完全溶解，否则回影响溶液起始浓度，而导致结果偏低。2、粘度计必须洁净，高聚物溶液中若有絮状物不能将它移入粘度计中。3、本实验溶液的稀释是直接在粘度计中进行的，因此每加入一次溶剂进行稀释时必须混合均匀，并抽洗E球和G球。4、实验过程中恒温槽的温度要恒定，溶液每次稀释恒温后才能测量。5、粘度计要垂直放置，实验过程中不要振动粘度计，否则影响结果的准确性。六数据处理1.将所测的实验数据及计算结果填入下表中：原始溶液浓度C0(g.cm-3)；恒温温度℃C/g.cm-3t平均/sηrηSPηSP/Clnηr/C2.作ηSP/C-C及lnηr/C-C图，并外推到C→0求得截距，以截距除以起始浓度即得[η]，由截距求出[η]。七实验讨论以ηSP/C-C及lnηr/C-C作图缺乏线性的影响因素：(1)温度的波动；(2)溶液的浓度(3)测定过程中因为毛细管垂直发生改变以及微粒杂质局部堵塞毛细管而影响流经时间。八思考题1.与奥氏粘度计相比，乌氏粘度计有何优点？本实验能否用奥氏粘度计？2.奥氏粘度计中支管C有何作用？除去支管C是否可测定粘度？3.粘度计的毛管太粗或太细有什么缺点？4.为什么用[η]来求算高聚物的分子量？它和纯溶剂粘度有无区别？5.分析ηSP/C-C及lnηr/C-C作图缺乏线性的原因？