粘度法测定聚合物的分子量实验报告

实验一 粘度法测定聚合物的分子量

粘度法就是测定聚合物分子量的相对方法。高聚物分子量对高聚物的力学性能、溶解性、流动性均有极大影响。由于粘度法具有设备简单、操作方便、分子量适用范围广、实验精度高等优点,在聚合物的生产及科研中得到十分广泛的应用。本实验就是采用乌氏粘度计测定甲苯溶液中聚苯乙烯粘度,进而测定求出PS 试样分子量。

一、实验目的要求

1、掌握粘度法测定聚合物分子量的实验基本方法。

2、了解粘度法测定聚合物分子量的基本原理。

3、通过测定特性粘度,能够计算PS 的分子量。

二、实验原理

1、粘性液体的牛顿型流动

粘性流体在流动过程中,由于分子间的相互作用,产生了阻碍运动的

内摩擦力,粘度就就是这种内摩擦力的表现。即粘度可以表征粘性液体在流动过程中所受阻力的大小。

按照牛顿的粘性流动定律,当两层流动液体间由于粘性液体分子间的内摩擦力在其相邻各

流层之间产生流动速度梯度就是(dr dv /),液体对流动的粘性阻力就是:dr dv A F //⋅η= (1-1)

该式即为牛顿流体定律。

式中, η—液体粘度,单位(Pa ·s);A —平行板面积;F —外力。 符合牛顿流体定律的液体称为牛顿型液体。高分子稀溶液在毛细管中的流动基本属于牛顿型流动。在测定聚合物的特性粘度[η]时,以毛细管粘度计最为方便。 2、泊肃叶定律

高分子溶液在均匀压力p(即重力ρgh)作用下,流经半径为R 、长度为L 的均匀毛细管,根据牛顿粘性定律,可以导出泊肃叶公式:

LV

t ghR 84ρπ=η (1-2)

式中,g —重力加速度;ρ—流体的密度;V —液出体积;t —流出时间。

由于液体在毛细管内流动存在位能,除克服部分内摩擦力外,还会使其获得动能,结果导致实测值偏低。因此,须对泊肃叶公式作必要的修正:

Lt

V m LV t ghR πρ-ρπ=η884 (1-3)

式中,m —毛细管两端液体流动有关常数。

若令LV ghR A 84π=;L

mV

B π=8,式(1-3)可简化为:t B At -=ρη (1-4)

3、聚合物溶液粘度的测定

采用乌氏粘度计测定聚合物溶液的粘度时,常用到以下两个参数: (1)相对粘度

ηη

=

ηr (1-5)

(2)增比粘度

ηη-η=

ηsp (1-6) 式中,η—聚合物溶液粘度;η0—纯溶剂粘度。 整合式(1-4)与式(1-5),即有:

00//t B At t B At r --⋅ρρ=

η (1-7) 在实验中,如果仪器设计得当与溶剂选择合适,可以忽略动能改正影响,式(1-7)还可简化为:

000t t At At r ρρ=⋅ρρ=

η (1-8) 又因为在实验中,通常在极稀溶液中进行,所以ρ≈ρ0,因此,式(1-5)与式(1-6)可改写成:

0/t t r =η (1-9) 00/)(t t t sp -=η (1-10)

式中,t 与t 0分别就是聚合物溶液与纯溶剂的流出时间。

显然,在一定温度下测定纯溶剂与不同浓度的聚合物溶液流出的时间,即可求出各种浓度下的r η与sp η。

粘度除与分子量有关外,对溶液浓度有很大的依赖性。能够反映这种依赖性的经验公式很多,其中最常用的有两个:

c k c

sp 2]['][η+η=η (1-11)

c c

r

2][][ln ηφ-η=η (1-12) 式中,C —溶液浓度;k ′与β均为常数。

如果用c sp /η或c r /ln η对c 作图(图1-2),并外推到0→c ,两条直线在纵坐标上交于一点,其截距即就是[η]。用公式为表示为:

][lim

lim

00

η=η=η→→c

c

r

c sp c (1-13)

式中,[η]—聚合物溶液的特性粘度。

图1-2

c

sp η对c 与

c

r

ηln 对c 关系图 4、聚合物溶液的特性粘度与分子量的关系

溶液体系确定之后,在一定温度下,聚合物溶液的特性粘度值域聚合物的分子量有关。这种关系满足Mar-Houwink 方程,即:

α=ηKM ][ (1-14)

式中,K,α均为常数,其值与聚合物、溶剂、温度与分子量分布范围有关。聚苯乙烯在25℃,甲苯作溶剂时,K = 9、2×10-3,α= 0、72。由此可以计算聚合物的平均分子量。

三、仪器药品

1、仪器

恒温槽一套、乌氏粘度计、砂芯漏斗、针筒、容量瓶、移液管、精密温度计等。 2、药品

聚苯乙烯,工业级;甲苯,分析纯。

四、实验步骤

1、粘度计与玻璃仪器的洗涤

(1)粘度计先用经砂芯漏斗虑过的水洗涤,洗去小球G 、E 中的沙粒灰尘,把水甩干。

(2)由A 管倒入经过滤的新配制的洗液,灌满后用小烧杯盖住,防止尘粒落入。放置约2h 后把洗液倒出,先用滤过的自来水冲洗,再用滤过的蒸馏水冲洗几次,倒挂干燥或放入烘箱烘干。 (3)移液管、容量瓶应用虑过的洗液与水洗净烘干备用。

(4)对于放过聚合物溶液的粘度计与其它仪器,应先用熔剂浸泡,然后用水与洗液洗净。否则,有机物会将洗液中的K 2Cr 2O 7还原,使洗液失效。聚合物也会被碳化,使仪器堵塞,不易洗净。在用洗液浸泡以前,仪器中的水应尽量弄干,否则,将冲稀洗液,降低其去污效果。 2、聚合物溶液配制

在分析天平上称取0、2g~0、3g(精确到0、01mg)聚苯乙烯,小心加入25ml 容量瓶中,加入略少于25ml 的甲苯(不必过滤),置于恒温槽中(控温25℃±0、1℃),待恒温后,用砂芯漏斗虑入另一只25ml 容量瓶中,并通过砂芯漏斗加入甲苯至刻度。恒温待用。 3、溶剂流出时间t 0的测定 (1)在精确控温25℃±0、1℃的条件下,将粘度计放入恒温槽中,使粘度计与水溶液面保持垂直,水面浸没G 球。固定好粘度计,在B,C 两管上小心接上乳胶管。 (2)一起装置符合要求后,用移液管吸取10ml 溶剂放入粘度计A 管中, 保温几分钟,用夹子夹紧C 管的乳胶管。

(3)用针管在B 管的乳胶管上将溶液抽吸至G 球的一半处,停止抽吸,移去针管,松开C 管通向