实验二--乌氏粘度计测定聚合物的特性粘度
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G 2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t 0，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t 0数据由公式ηr =t/t 0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ln ηr /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 M ηα
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
高聚物溶剂t/℃103K/dm3·kg-1α分子量范围
M×10-4
聚丙烯酰胺
聚丙烯腈聚甲基丙烯酸甲酯
聚乙烯醇
聚苯乙烯聚己内酰胺聚醋酸乙烯酯水
水
1mol·dm-3
NaNO3
二甲基甲
酰胺
苯
丙酮
水
水
甲苯
40%H2SO4
丙酮
30
30
30
25
25
25
25
30
25
25
25
6.31
68
37.5
16.6
3.8
7.5
20
66.6
17
59.2
10.8
0.80
0.66
0.66
0.81
0.79
0.70
0.76
0.64
0.69
0.69
0.72
2～50
1～20
5～27
24～450
3～93
0.6～2.1
0.6～16
1～160
0.3～1.3
0.9～2.5
摘自:印永嘉主编.大学化学手册.山东科学技术出版社.1985:692。