实验二 乌氏粘度计测定聚合物的特性粘度

一、实验目的

 粘度法是测定聚合物分子量的相对方法，此法设备简单，操作方便，且具有较好的精确度，因而在聚合物的生产和研究中得到十分广泛的应用。

通过本实验要求掌握粘度法测定高聚物分子量的基本原理、操作技术和数据处理方法。

二、实验原理

分子量是表征化合物特征的基本参数之一。但高聚物分子量大小不一，参差不齐，一般在103～107 之间，所以通常所测高聚物的分子量是平均分子量。测定高聚分子量的方法很多，本实验采用粘度法测定高聚物分子量。

高聚物在稀溶液中的粘度，主要反映了液体在流动时存在着内摩擦。在测高聚物溶液粘度求分子量时，常用到下面一些名词。

如果高聚物分子的分子量愈大，则它与溶剂间的接触表面也愈大，摩擦就大，表现出的特性粘度也大。特性粘度和分子量之间的经验关系式为：

式中，M 为粘均分子量；K为比例常数；alpha是与分子形状有关的经验参数。K和alpha值与温度、聚合物、溶剂性质有关，也和分子量大小有关。K 值受温度的影响较明显，而alpha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，其数值解与0.5～1 之间。K 与alpha 的数值可通过其他绝对方法确定，例如渗透压法、光散射法等，从粘度法只能测定[η]。

在无限稀释条件下

因此我们获得[η]的方法有二种；一种是以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，两根线会合于一点。方程为：

测定粘度的方法主要有毛细管法、转筒法和落球法。在测定高聚物分子的特性粘度时，以毛细管流出发的粘度计最为方便若液体在毛细管粘度计中，因重力作用流出时，可通过泊肃叶公式计算粘度。

(m=1)。

对于某一只指定的粘度计而言，（4）可以写成下式

省略忽略相关值，可写成：

式中，t 为溶液的流出时间；t0为纯溶剂的流出时间。

可以通过溶剂和溶液在毛细管中的流出时间，从(6)式求得ηr，再由图求得[η]。

三、实验主要仪器设备和材料

主要仪器：恒温玻璃水浴（包括电加热器、电动搅拌器、温度计、感温元件和温度控制仪）、 三管乌式粘度计 、 秒 表 、洗 耳 球、                               

250ml 三角烧瓶、  20ml移液管、40 ml砂芯漏斗 

主要原料：溶剂（分析纯）和 聚合物自选

四、实验方法、步骤及结果测试

1. 试样准备：

  按溶剂选择原则选择待测高聚物的溶剂。从手册查所选高聚物/溶剂对在特定温度下Mark-Houwink方程中的K和α值。

         预先在容量瓶内配制精确体积的溶液。浓度选择要使溶液和纯溶剂流经乌氏粘度计上两刻度线之间C球的时间比约为1.2～2.0。

2. 温度调节：

  图1    乌式粘度计

   恒温水浴温度控制 在25±0.1℃，注意粘度计要放在离搅拌器较远的地方，这样温度波动对粘度计的影响较小。

3. 测定流出时间：

 将洗净烘干的乌氏粘度计（图1）垂直放在恒温水浴中，使G球完全浸没在水面下，由A管用G2耐酸度漏斗过滤10~15毫升苯溶剂于粘度计中，恒温10分钟左右，B、C两管各套一胶管，用吸球从B管的胶管将溶剂吸至G球一半，取下吸液球，开启C管，使空气进入D球，以秒表记录溶剂流经a、b刻线间的时间，重复三次，其误差不得超过0.2秒，取平均值为溶剂的流出时间t0，倒去溶剂。

  用漏斗将已配好的试液过滤一半于粘度计内，用吸液球抽吸到G球2~3次后将溶液倒掉，剩下一半于粘度计中，测定其流出时间，重复三次取平均时间t

4 计算 ：

1）ηsp的计算：

        根据所测的t和t0数据由公式ηr=t/t0计算ηr，再由公式ηsp=ηr—1计算出ηsp。

2）粘均分子量计算：

ηsp/C及lnηr/C作图外推得到[η]值，由将聚合物溶液在25℃时的α，K之值代入经验公式：

           [η]=K Mηα                     

即可求得试样的粘均分子量

五、实验数据记录

1．数据记录

2． 作图

由回归直线截矩得 [η]＝

3． 由公式代入数据得

六、思考题

1.乌式粘度计测量聚合物分子量有何优点?

2.为什么在配制试样溶液时需用移液管正确量取混合溶剂于锥形瓶中，而将溶剂或溶液倒入粘度计中时不需正确量取?

3.在本实验中影响数据正确性的关键是什么?

  高聚物溶剂体系的［η］--- M关系式