高分子化学实验讲义

实验一 粘均分子量的测定一、 实验目的1. 掌握粘度法测定聚合物分子量的实验方法，包括恒温槽、粘度计的安装、使用等。

2. 了解粘度法测定聚合物分子量的实验原理及测定结果的数据处理方法。

二、 基本原理相对分子质量是表征化合物特征的基本参数之一，在高聚物的研究中，相对分子质量是一个不可缺少的重要数据。

它不仅反映了高聚物分子的大小，而且直接关系到高聚物的物理性能。

一般情况，高聚物的相对分子质量大小不一，其摩尔质量常在103~107之间，通常所测的高聚物摩尔质量是一个统计平均值。

测定高聚物相对分子质量的方法很多，其中以粘度法最常用。

因为粘度法设备简单、操作方便、适用范围广（分子量104~107）、有相当好的精确度。

测定粘度的方法主要有：⑴毛细管法（测定液体在毛细管里的流出时间）；⑵落球法（测定圆球在液体里下落速度）；⑶旋筒法（测定液体与同心轴圆柱体相对转动的情况）等，而测定高聚物溶液的粘度以毛细管法最方便，本实验采用乌氏粘度计测量高聚物稀溶液的粘度。

但粘度法不是测定相对分子质量的绝对方法，因为在此法中所用的粘度与相对分子质量的经验公式要用其他方法来确定。

因高聚物、溶剂、相对分子质量范围、温度等不同，就有不同的经验公式。

高聚物在稀溶液中的粘度是它在流动过程所存在的内摩擦的反映，这种流动过程中的内摩擦主要有：溶剂分子之间的内摩擦；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。

其中溶剂分子之间的内摩擦又称为纯溶剂的粘度，以 表示；三种内摩擦的总和称为高聚物分子间的内摩擦，以 表示。

实践证明：在同一温度下，高聚物溶液的粘度一般要比纯溶剂的粘度大些，即有，粘度增加的分数叫增比粘度称为相对粘度，它指明溶液粘度对溶剂粘度的相对值。

则反映出扣除了溶剂分子间的内摩擦后，纯溶剂与高聚物分子之间，以及高聚物分0ηη0ηη>sp ηsp η子之间的内摩擦效应。

随溶液浓度C 而变化， 与C 的比值仍随C 而变化，但当C →0，也就是溶液无限稀时， 有一极限值，即：称为特性粘度，它主要反映无限稀溶液中高聚物分子与溶剂分子之间的内摩擦。

因在无限稀溶液中，高聚物分子相距较远，它们之间的相互作用可忽略不计。

根据实验，在足够稀的溶液中有：将上面式子作图，外推至C=0，即可求出 当高聚物、溶剂、温度等确定以后，值只与高聚物的相对分子质量M 有关。

目前常用半经验的麦克非线性方程来求得：式中： M----高聚物相对分子质量的平均值； K----比例常数；α----与高聚物在溶液中的形态有关的经验参数。

当液体在毛细管粘度计内因重力作用而流出时遵守泊塞勒（Poiseuille)定律：式中：ρ为液体的密度；l 为毛细管长度；r为毛细管半径； t 为流出时间；h 为流经毛细管液体的平均液柱高度； g 为重力加速度；v 为流经毛细管的液体体积；m 为与仪器的几何形状有关的常数，r/l<<1时，可取m=1。

对某一指定的粘度计而言，令式中β<1，当t>100s 时，等式右边第二项可以忽略。

溶液很稀时ρ≈ρ0。

这样，通过测定溶液和溶剂的流出时间t 和t 0，就可求：sp ηsp η[]η[]K Mαη=[]η三、实验仪器恒温槽装置一套（玻璃缸、加热棒、导电表、继电器、精密温度计等）乌氏黏度计、2＃细菌漏斗、10mL针筒、10mL刻度吸管、25mL容量瓶、50mL碘量瓶、广口瓶、可读出1/10 s的秒表、吸耳球、医用胶管、黏度计夹等。

1. 恒温槽：按第一部分中所述装置。

由于温度对液体黏度影响很大，所以恒温槽水浴温度的精度要求+（-）0.05℃。

2. 黏度计：本实验采用乌氏黏度计，由奥氏黏度计改良而得。

当把液体吸到G球后，放开C 管，使其通大气，因而D 球内液体下降，形成毛细管内为气承液柱，使液体流出毛细管时沿管壁流下，避免产生湍流的可能，同时B 管中的流动压力与A管中液面高度无关。

因而不像奥氏黏度计那样，每次测定，溶液体积必须严格相同。

黏度计由于不小心被倾斜所引起的误差亦不如奥氏黏度计大，故能在黏度计内多次稀释，进行不同浓度的溶液粘度测定，所以又称为乌氏黏度计。

3.为了使不同批次的实验结果可以进行比较，按1987年颁布的国家标准《合成树脂常温稀溶液粘度试验方法》，规定对不同容积，应选用不同的标准粘度计，使溶液流出时间为100-130s，动能校正系数≤2*10-2。

此时，可不需要进行动能矫正计算。

四、实验步骤1.把乌氏粘度计固定在铁架上，放入恒温槽中，恒温水浸没至粘度计的a线以上。

从恒温槽中的容量瓶内吸取15mL蒸馏水，从乌氏粘度计的Ａ管注入，再恒温15min。

2.恒温15min后，用手按住Ｃ管，吸耳球放在Ｂ管口，把溶液吸至Ｇ球，然后放开。

3.当溶液降至a线时，即按下秒表记时，至溶液降至b线时，按下秒表结束实验。

4.重复测定三次，每二次间的时间相差不得超过０.5秒，否则重测。

5.同理，用移液管吸取15mL已配好的0.5g/100mL的聚乙烯醇溶液，从粘度计A管注入，再滴加2滴正丁醇，恒温20min。

6.恒温20min后，用手按住Ｃ管，吸耳球放在Ｂ管口，把溶液吸至Ｇ球，然后放开。

7.当溶液降至a线时，即按下秒表记时，至溶液降至b线时，按下秒表结束实验。

8.重复测定三次，每二次间的时间相差不得超过1秒，否则重测。

9.测定完浓度0.5g/100mL的溶液后，用移液管吸取恒温槽中的容量瓶内的蒸馏水5mL从A管加入，按住C管，用吸耳球由B管口反复压吸溶液，使混合均匀。

10.测定方法如上。

11.依次加蒸馏水5mL、10mL。

五、实验数据记录六、注意事项：1. 黏度计必须洁净，如毛细管壁上挂水珠，需用洗液浸泡。

2. 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，否则会影响溶液起始浓度，而导致结果偏低。

3. 本实验中溶液的稀释是直接在黏度计中进行的，所用溶剂必须先在与溶液所处同一恒温槽中恒温，然后用移液管准确量取并充分混合均匀方可测定。

4. 测定时黏度计要垂直放置，否则影响结果的准确性。

七、思考题1. 与其它测定分子量的方法比较，粘度法有什么优点？2. 乌氏黏度计中支管C的作用是什么？3. 使用乌氏黏度计时要注意什么问题？实验二甲基丙烯酸甲酯的本体聚合一、实验目的：1. 了解自由基本体聚合的特点和实施方法。

2. 熟悉有机玻璃板、棒的制备方法，了解其工艺过程。

二、实验原理本体聚合是指单体仅在少量的引发剂存在下进行的聚合反应，或者直接在热、光和辐照作用下进行的聚合反应。

本体聚合具有产品纯度高和无需后处理等优点，可直接聚合成各种规格的型材。

但是，由于体系黏度大，聚合热难以散去，反应控制困难，导致产品发黄，出现气泡，从而影响产品的质量。

本体聚合进行到一定程度，体系黏度大大增加，大分子链的移动困难，而单体分子的扩散受到的影响不大。

链引发和链增长反应照常进行，而增大链自由基的终止受到限制，结果使得聚合反应速度增加，聚合物分子量变大，出现所谓的自动加速效应。

更高的聚合速率导致更多的热量生成，如果聚合热不能及时散去，会使局部反应“雪崩”式地加速进行而失去控制。

因此，自由基本体聚合中控制聚合速率使聚合反应平稳进行是获取无瑕疵型材的关键。

聚甲基丙烯酸甲酯为无定型聚合物，具有高度的透明性，因此称为有机玻璃。

聚甲基丙烯酸甲酯具有较好的耐冲击强度与良好的低温性能，是航空工业与光学仪器制造业的重要材料。

有机玻璃表面光滑，在一定的曲率内光线可在其内部传导而不逸出，因此在光导纤维领域得到应用。

但是，聚甲基丙烯酸甲酯耐候性差、表面易磨损，可以使聚甲基丙烯酸甲酯与苯乙烯等单体共聚来改善耐磨性。

有机玻璃是通过聚甲基丙烯酸甲酯的本体聚合制备的。

甲基丙烯酸甲酯的密度小于聚合物的密度，在聚合过程中出现较为明显的体积收缩。

为了避免体积收缩和有利于散热，工业上往往采用二步法制备有机玻璃。

在过氧化苯甲酰引发下，聚甲基丙烯酸甲酯聚合初期平稳反应，当转化率超过20%之后，聚合体系粘度增加，聚合速率显著增加。

此时应该停止第一阶段反应，将聚合浆液转移到模具中，低温反应较长时间。

当转化率达到90%以上后，聚合物业已成型，可以升温使单体完全聚合。

引发剂的使用量应视制备的制品厚度而定，用偶氮二异丁腈（AIBN）引发时其用量为：三、化学试剂和仪器化学试剂：甲基丙烯酸甲酯、过氧化苯甲酰仪器设备：锥形瓶、试管、试管夹、恒温水浴四、实验步骤1. 预聚物的制备方法一：在锥形瓶中加入15 mLMMA及单体质量0.3%的BPO，瓶口用胶塞盖上，用试管夹夹住瓶85-90℃的水浴中不断摇动，进行预聚合约1 h，注意观察体系的黏度变化，当体系黏度变大，但仍能顺利流动时，结束预聚合。

方法二：准确称取50mg过氧化苯甲酰、50g甲基丙烯酸甲酯，混合均匀，加入到配有冷凝管和通有氮管的三颈瓶中，通氮、加热并开动电磁搅拌。

升温至75℃，反应约30min，体系达到一定粘度（相当于甘油粘度的二倍，转化率为7%-17%），停止加热，冷却至50℃，补加10 mg的过氧化二碳酸环辛酯。

2. 浇铸制模方法一：将以上制备的预聚液小心地分别灌入预先干燥的两只试管中,浇灌时注意防止锥形瓶外的水珠滴入。

方法二：取两块玻璃板洗净、烘干，再玻璃板的一面涂上一层硅油作为脱模剂。

玻璃板外沿垫上适当厚度的垫片（涂硅油面朝内），并在四周糊上厚牛皮纸，并预留一注料口。

在烘箱中烘干后，取出垫片。

将上述预聚物浆液通过注料口缓缓注入模腔内，注意排净气泡。

待模腔灌满后，用牛皮纸密封。

3. 成型方法一：将灌好预聚液的试管口塞上棉花团，放入45~50℃的水浴反应约20小时，注意控制温度不能太高，否则易使产物内部产生气泡。

然后再升温至100~105℃反应2~3小时，使单体转化完全完成聚合。

取出所得有机玻璃棒，观察其透明性，是否有气泡。

方法二：将模子的注料口朝上垂直放入烘箱内，于40℃继续聚合20h ，体系固化失去流动性。

再升温到100℃保温1h，打开烘箱，自然冷却至室温。

除去牛皮纸，小心撬开玻璃板，取出制品，洗净、吹干。

四、分析与思考1. 自动加速效应是怎样产生的？对聚合反应有哪些影响？2. 制备有机玻璃，各阶段的温度应怎样控制，为什么？实验三酚醛树脂的制备一、实验目的1.了解反应物配比和反应条件对酚醛树脂结构的影响；了解不同预聚体的交联方法。

2. 掌握线形酚醛树脂的制备方法。

二、实验原理酚醛树脂是由苯酚和甲醛聚合得到的。

强碱催化的聚合产物为甲阶酚醛树脂，甲醛与苯酚的摩尔比为 1.2-3.0︰1，甲醛用36%-50%的水溶液，催化剂为1%-5%的NaOH或Ca(OH)2，在80℃-90℃加热反应3小时，就得到了预聚物。

为了防止反应过头和凝胶化，要真空快速脱水。

预聚物为固体或液体，分子量一般为500-5000，呈微酸性，其水溶液与分子量和组成有关。