文档介绍：山大物化实验粘度
实验三十黏度的测定和应用
黏度法测定高聚物的摩尔质量
【实验目的】
1. 了解黏度法测定高聚物分子量的基本原理和公式。
2. 掌握用乌氏(Ubbelohde)黏度计测定高聚物溶液黏度的原理与方法。
3. 测定聚丙烯酰胺或聚乙烯醇的摩尔质量。
【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。
测定高聚摩尔质量的方法很多,而不同方法所得平均摩尔质量也有所不同。比较起来,黏度法设备简单,操作方便,并有很好的实验精度,是常用的方法之一。用该法求得的摩尔质量成为粘均摩尔质量。
黏度法测高聚物溶液摩尔质量时,常用名词的物理意义,如表2-30-1所示:
表2-30-1 常用名词的物理意义
高聚物稀溶液的黏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η0;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黏度,记作η。实践证明,在相同温度下η< style='font-size:;font-family:宋体'>>η0 ,为了比较这两种黏度,引入增比黏度的概念,以ηsp表示:
ηsp=(η-η0)/η0 =η/ η0 - 1 = ηr-1 (5)
式中,ηr称为相对黏度,反映的仍是整个溶液的黏度行为,而ηsp则是扣除了
溶剂分子间的内摩擦以后仅仅是纯溶剂与高聚物分子间以及高聚物分子间的内摩擦之和。
高聚物溶液的ηsp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
度的增比黏度ηsp/C为比浓黏度,定义lnηr /C为比浓对数黏度。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,此时比浓黏度趋近于一个极限值,即:
(6)
式中[η]主要反映了无限稀释溶液中高聚物分子与溶剂分子之间的内摩擦作用,称为特性黏度,可以作为高聚物摩尔质量的度量。由于ηsp与ηr均是无因次量,
所以[η]的单位是浓度C单位的倒数。[η]的值取决于溶剂的性质及高聚物分子的大小和形态,可通过实验求得。因为根据实验,在足够稀的高
聚物溶液中有如下经验公式:
(7)
(8)
式中,κ和β分别称为Huggins和Kramer常数,
这是两个直线方程,因此我们获得[η]的方法如图
2-30-2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,两条线应会合于一点,这
也可校核实验的可靠性。图2<-30<-2 外推法求[η]
在一定温度和溶剂条件下,特性黏度[η]和高聚物摩尔质量M之间的关系通常用带有两个参数的Mark-Houwink经验方程式来表示:
(9)
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、溶剂性质有关,也
和分子量大小有关。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