粘度法测定聚合物的粘均相对分子质量

实验名称：粘度法测定聚合物的粘均相对分子质量

年级：09级材料化学                                               日期：2011-10-23

姓名：张洪贵       学号：222009316210099  同组人：吴学普

一、预习部分

粘度是液体流动时内摩擦力大小的反映。

纯粘度溶剂反映了溶剂分子间的内摩擦力效应，聚合物溶液的粘度是体系中溶剂分子间、溶质分子间及他们相互间内摩擦效应之和。

粘度法测定聚合物分子量的依据是聚合物稀溶液的粘度主要反映了液体分子之间因流动或相对运动所产生的内摩擦阻力。内摩擦阻力与聚合物的结构、溶剂的性质、溶液的浓度及温度和压力等因素有关，它的数值越大，表明溶液的粘度越大。

黏度系指流体对流动的阻抗能力，采用动力黏度、运动黏度或特性黏数以表示之。测定液体药品或药品溶液的黏度可以区别或检查其纯杂程度。 

　　流体分牛顿流体和非牛顿流体两类。牛顿流体流动时所需剪应力不随流速的改变而改变，纯液体和低分子物质的溶液属于此类；非牛顿流体流动时所需剪应力随流速的改变而改变，高聚物的溶液、混悬液、乳剂分散液体和表面活性剂的溶液属于此类。 

重要工具

　　黏度的测定可用黏度计。黏度计有多种类型，本药典采用毛细管式和旋转式两类黏度计。毛细管黏度计因不能调节线速度,不便测定非牛顿流体的黏度,但对高聚物的稀薄溶液或低黏度液体的黏度测定影响不大；旋转式黏度计适用于非牛顿流体的黏度测定。                                                                                                                                                                                                                                           

二、实验部分

（一）．实验目的

1：加深理解粘均相对分子质量的物理意义

2：学会并掌握黏度法测定相对分子质量的试验方法

3：学会用“一点法”快速测定粘均相对分子质量

（二）实验原理

粘度是指液体对流动所表现的阻力，这种阻力反抗液体中相邻部分的相对移动，可看作由液体内部分子间的内摩擦而产生。而如果液体是高聚物的稀溶液，则溶液的粘度反映了溶剂分子之间的内摩擦力、高聚物分子之间的内摩擦力、以及高聚物分子和溶剂分子之间的内摩擦力三部分。三者之和表现为溶液总的粘度 η 。其中溶剂分子之间的内摩擦力所表现的粘度如用 η 0表示的话，则由于溶液的粘度一般说来要比纯溶剂的粘度高，我们把两者之差的相对值称为增比粘度，记作 η sp ：

    η sp = ( η -  η 0 ) / η 0

    溶液粘度与纯溶剂粘度之比称为相对粘度 η r ：

η r = η  / η 0

增比粘度表示了扣除溶剂内摩擦效应后的粘度，而相对粘度则表示整个溶液的行为。它

之间的关系为：

η sp =  η / η 0 - 1 = η r  - 1

高分子溶液的增比粘度一般随浓度的增加而增加。为了便于比较，将单位浓度下所显示出的增比粘度称为比浓粘度 η sp /c。而将 ln  η r /c 称为比浓对数粘度。增比浓度与相对粘度均为无因次量。

   为消除高聚物分子之间的内摩擦效应，将溶液无限稀释，这时溶液所呈现的粘度行为基本上反映了高聚物分子与溶剂分子之间的内摩擦，这时的粘度称为特性粘度 [η]：

  特性粘度与浓度无关，实验证明，在聚合物、溶剂、温度三者确定后，特性粘度的数值与高聚物平均相对分子质量有关，它们之间的半经验关系式为：

 式中的 K 为比例系数，α 是与分子形状有关的经验常数。这两个参数都与温度、聚合物和溶剂性质有关，在一定范围内与相对分子质量无关。

增比粘度与特性粘度之间的经验关系为：

    η sp /c = [η] + K1•[η]2 • c

 而比浓对数粘度与特性粘度之间的关系也有类似的表述：

    ln  η r /c = [η] + β •[η]2 • c

因此将增比粘度与溶液浓度之间的关系及比浓对数粘度与浓度之间的关系描绘与坐标系中时，两个关系均为直线，而且截距均为特性粘度。

以下是由实验数据得到的图：

由图及其数据求出特性粘度后，就可以用前述半经验关系式求出高聚物的平均相对分子质量。

粘度测定的方法有用毛细管粘度计测量液体在毛细管中的流出时间、落球粘度计测定圆球在液体中的下落速率、旋转粘度计测定液体与同心轴圆柱体相对转动阻力等三种。本实验采用第一种方法。

高分子溶液在毛细管粘度计中因重力作用而流出时，遵守泊肃叶定律：

式中，ρ：液体密度；l：毛细管长度；r：毛细管半径；t：流出时间；h：流经毛细管液体的平均液柱高度；g：重力加速度；V：流经毛细管液体的体积；m：与仪器几何形状有关的参数，当 r / l  << 1 时，取 m = 1。

 此式可改写为：

    η / ρ = αt - β /t

 当 β 小于1，t 大于 100s 时，第二项可忽略。对稀溶液，密度与溶剂密度近似相等，可以分别测定溶液和溶剂的流出时间，求算相对粘度 ηr ：

    ηr = η / η 0 = t  / t 0

 根据测定值可以进一步计算增比粘度（ηr - 1），比浓粘度（η sp /c），比浓对数粘度（ln  η r /c）。对一系列不同浓度的溶液进行测定，在坐标系里绘出比浓粘度和比浓对数粘度与浓度之间的关系，外推到 c = 0 的点，此处的截距即为特性粘度。在 K、α 已知时，可求得平均相对分子质量。

（三）实验仪器与药品：

合成的聚苯乙烯 氯仿 乌式粘度计

（四）实验步骤：

1：安装粘度计：保持粘度计必须竖直。

2：测定纯溶剂的流出时间，测定3次，分别求取3次的平均值。

3：用移液管量取10ml 1g/dl的溶液，也是测定3次求取其平均值。

4：向步骤3中加入5ml溶剂氯仿，混匀后，再次测定3次也是求取其平均值。

5：按照要求处理数据作图，计算出聚苯乙烯的相对分子质量。 

（五）实验数据处理：

所以可以求的[n]=1.35 ,代入公式[n]=kM(a) ,其中k=11.2 x10(-5) a=0.73

所以可以求出M=4.2x10(5)=420000

（六）实验注意事项：

   (1)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。

   (2).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。 

   (3)粘度计要垂直放置。实验过程中不要振动粘度计。

（七）思考题：为什么我们楼上做的聚苯乙烯比楼下的相对分子质量要小勒？

    答：因为我们用的乳化剂的量不同所造成的，我们楼上的实验组乳化剂是0.3g,而楼下的是0.6g。

（八）误差分析

       1、毛细管粘度计在工作时未放垂直，导致溶液流出时产生时间差；

      2、恒温水浴槽在工作时产生震动，导致毛细管粘度计的轻微震动。

参考文献：1高分子物理  何曼君版