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高分子物理实验报告

粘度法测定高聚物的相对分子量
一、实验目的
1.掌握粘度法测定高聚物相对分子质量的基本原理。
2.学习和掌握用乌式粘度计测定高分子溶液粘度的实验技术以及实验数据的处理方法。
3.用乌式粘度计测定聚乙烯醇溶液的特性粘度,并求出聚乙烯醇试样的粘均相对分子质量。

二、实验原理
线型高分子溶液的基本特点之一是粘度比较大,并且其粘度值与平均相对分子质量有关,利用这一点可以测定高聚物的平均相对分子质量。
1.特性粘度与高聚物相对分子质量的关系:

式中为高聚物的粘均相对分子质量:K、α为经验常数,它们的值与高聚物-溶剂体系及温度有关,与高聚物相对分子质量的范围也有一定的关系。
2.粘度测定:
对于高分子溶液的粘度测定,以毛细管粘度计最为方便。液体在毛细管中因自身重力作用而向下流动时的关系式为:

第二项代表重力的一部分转化成了流出液体的动能,称为"动能修正项"。

式中,ρo、t0分别表示纯溶剂的密度和流出时间。当毛细管太粗,使溶剂流出时间小于l00s,或者溶剂的比密粘度(η/ρ)太小时,必须考虑动能修正项。因为所测高分子溶液的浓度通常很稀(c<0.01g/mL),溶液的密度与溶剂的密度近似相等(ρ≈ρo),所以可以简化为:

3. "一点法"求特性粘度。对于一般的线型柔性高分子-良溶剂体系,联立式可得到一个"一点法"计算特性粘度的公式:

而对于一些支化或刚性高分子-溶剂体系,偏离较大,此时可令,并假设与相对分子质量无关,可推得另一个"一点法"计算特性粘度的公式:

在某一温度下,先用稀释法确定了γ值之后,就可通过式子用"一点法"计算相对分子质量。

三、实验仪器和试剂
乌式粘度计
1支
恒温水浴装置(包括玻璃缸、搅拌器、加热器) 1套
分析天平 1台
玻璃仪器气流烘干器 1台
秒表(最小读数精度至少0.2s) 1块
容量瓶(25mL) 2个
砂芯漏斗(2号) 1只
吸耳球 1个
夹子(固定粘度计用) 1个
弹簧夹(夹乳胶管用) 2个
环己酮 若干
聚乙烯醇 0.2g左右
量筒 1个

四、实验步骤
1.打开恒温水浴装置的电源,开动搅拌器,使所显示的水浴温度恒定在25℃±0.1℃。
2.溶剂准备。用一洁净干燥的50ml量筒量取环己酮溶液45ml左右，静止恒温放置一会。
3.用分析天平准确称取聚乙烯醇试样0.2g左右,全部倒入干燥洁净的25mL容量瓶中,从量筒中加入15mL环己酮到25ml容量瓶中,溶解摇匀后,用砂芯漏斗滤入另一个干燥洁净的25mL容量瓶中,再用少量环己酮少量多次地把第一个容量瓶和漏斗中的高聚物全部洗入第二个容量瓶里(共洗3次,但环己酮总用量不能超过25mL),然后把装有聚氯乙烯溶液的第二个容量瓶挂在25℃土0.1℃的恒温槽中,待溶液恒温后加入环己酮稀释至刻度。
4.将乌式粘度计用夹子垂直地固定在水浴中使水浴的水面浸没B管a线上方的球体。重新开启搅拌器。
5.用移液管移取10ml环己酮,从A管的管口注入粘度计中。恒温10min。
6.用弹簧夹夹住C管上的乳胶管使之不通气,用吸耳球从B管的管

口将A管下部大球中的液体通过毛细管吸入毛细管上方的球体中,当液面到达a线上方球体中的一半时停止吸液,拿开吸耳球后迅速打开C管上的乳胶管夹,让空气进入D球,同时水平地注视B管中的液面下降,用秒表准确记录液面流经a、b两条刻线之间的时间,即为溶剂的流出时间。重复上述操作3次,3次的平行数据相差不超过0.2秒,取其平均值作为to值。
7.从恒温水浴中取出粘度计,将其中的溶剂倒入回收瓶中,用玻璃仪器气流烘干器将粘度计烘干。
8.将烘干的粘度计重新装入恒温水浴中,用移液管移取10ml已经恒温的聚氯乙烯溶液从A管注入粘度计中,用和第6步骤中同样的方法测定该初始浓度(co)下溶液的流出时间三次，取其平均值作为t。
9.全部测定完毕后,将粘度计中的溶液倒入回收瓶中,用溶剂吸洗3次,然后用吹风机吹干，最后倒挂凉干。
10.关闭恒温水浴装置的电源。整理好其他实验用品。

五、实验数据及实验结果
系
/g/mLLLL
/s
/s
/s
/s

㏑

ln

0.005
133
133
133
133
1.49
0.40
0.49
98
79.76

0.0033
118
117
117
117.3
1.32
0.28
0.32
96.97
84.85

0.0025
109
109
110
109.3
1.23
0.21
0.23
92
82.81

0.0017
102
102
103
102.3
1.15
0.14
0.15
88.2
82.21

0.0013
99
99
99
99
1.11
0.11
0.11
84.6
80.28

89
89
88
88.7

实验常量
实验温度
30度
K
0.067
聚乙烯醇浓度
0.005g/ml
α
0.64

4. 根据查出实验条件下的 K 、α值 , 计算出所测高聚物试样的粘均相对分子质量 :
=__42560____

六、思考题及实验结果讨论
1.粘度法测定高聚物相对分子质量有何优缺点?使用公式 的前提条件是什么?
解：优点：它所需要的仪器设备简单,实验操作便利,相对分子质量适用范围较大,又有着相当好的实验精确度。
缺点：由于高聚物分子量并不是一个定值,而是一个分子量分布宽度，所以当测量时的一个很小误差可能会对高聚物的分子量最终影响很大，特别是相对分子量低的物质。分子量分布稍微宽点将导致Mark-Houwink方程不适用.此时测量出来的高聚物的分子量误差极大。
地
使用前提条件是：仪器常数B=近似为0，溶液的密度与溶剂的密度近似相等。
2.影响粘度法测定相对分子质量准确性的因素有哪些?当把溶剂加入到粘度计中稀释原有的溶液时,如何才能使其混合均匀?若不均匀会对实验结果有什么影响?
解：（1）影响因素有：实验时的温度波动； 粘度计的安装垂直与否； 秒表所带来的人工误差。 （2）适当摇匀，并且多放置一段时间——半小时至少 （3）不混合均匀会导致数据出现上下跳动的情况，测量数据中的时间会相差较大
3.用"一点法"求相对分子质量有什么优越性?假设k'和β符合"一点法"公式的要求,则用co浓度的溶液测定的数据计算出的粘均相对分子质量为多少?它与外推法得出的结果相差多少?
解：操作方便，实验相对简单易懂，而且不需要配置多组溶液。

4.本实验所得结果是否令人满意?实验中出现了什么问题?其原因可能是什么?
答：比较满意，实验时候出现了一个操作问题，我和同组者没有把溶质过滤干净，还导致了沙辛漏斗的堵塞，影响了实验进度。
七.注意事项:
1.因为高分子溶液的粘度测定中要求浓度准确,因而测定中所用的容量瓶、粘度计等都必须事先进行清洗和干燥。实验完毕后也要及时清洗所用的玻璃仪器。一般盛放过高分子溶液的玻璃仪器,应先用其溶剂泡洗,待洗去高聚物并吹干溶剂等有机物质后,才可用洗液去浸洗,否则,有机物会把洗液中的k2Cr207还原,使洗液失效。在用洗液之前,玻璃仪器中的水分也应吹干,否则会稀释洗液,大大降低洗液的去污效果。
2.由于粘度计的毛细管较细,很容易被溶剂中的颗粒杂质或溶液中不溶解的颗粒杂质所堵塞,为此,测定中所用的溶剂和制备的溶液都必须经过砂芯漏斗的过滤。粘度计的洗涤一般应按照洗液→蒸馏水→干燥的步骤进行,用于洗涤粘度计的液体也必须用砂芯漏斗过滤。若粘度计比较干净,可用溶剂洗涤3次后倒挂晾干。
3.使用粘度计时要小心仔细,防止折断粘度计上的支管。
4.作外推图时,要注意所用浓度与最后结果的关系。若采用溶液的实际浓度(g/mL〉
计算并作图时,所得截距值就是特性粘度[η]值。而若采用相对浓度(co的倍数)计算并作图时,相当于是把co值作为一个单位量值,因而外推得出的截距值需除以co后才是[η]值。