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1、粘度法测定水溶性高聚物的相对分子质量杨兰森（20096842）一、实验目的1. 测定聚丙烯酰胺的相对分子质量。2. 掌握乌贝路德粘度计测定高聚物分子量的基本原理。二、实验原理分子量是表征化合物特性的基本参数之一。但高聚物分子量大小不一，参差 不齐，一般在103107之间，所以通常所测高聚物的分子量是平均分子量，其中 粘度法设备简单，操作方便，有相当好的实验精度，但粘度法不是测分子量的绝 对方法，因为此法中所用的特性粘度与分子量的经验方程是要用其它方法来确定 的，高聚物不同，溶剂不同，分子量范围不同，就要用不同的经验方程式。高聚物稀溶液的粘度是液体流动时内摩擦力大小的反映。纯溶剂粘度反映了 溶剂
2、分子间的内摩擦力，记作n0,高聚物溶液的粘度则是高聚物分子间的内摩擦、 高聚物分子与溶剂分子间的内摩擦以及n0三者之和。相对于溶剂，溶液粘度增 加的分数称为增比粘度，记作nsp，即spnsp=（ n- n0）/ n0= n/ n0 1=nr -1（1）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：小松（2）式中，M为平均分子量，K为比例常数，a是与分子形状有关的经验参数。 K和a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a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,
3、 其数值介于0.51之间。K与a的数值可通过其它绝对方法确定，例如渗透压 法、光散射法等，从粘度法只能测得n】。在无限稀释条件下：（3）因此我们获得n的方法有二种：一种是以nsp/c对c作图，外推到C0 sp的截距值；另一种是以lnnr/C对C作图，也外推到CfO的截距值，如右图所示,两根线应会合于一点，这也可校核实验的可靠性。图1外推法求n一般这两条直线的方程表达式为下列形式：在(4)式的第一式中的k和nSp/C值与高聚物结构和形态有关，因此在特殊高 聚物形态下实验结果可能会出现下图异常结果：而(4)式的第二式，其物理意义不太明确，因此出现异常现象时，以(4)式的 第一式曲线即nSP/c-c
4、求】n值。在测定高聚物分子的特性粘度时，以毛细管流出法的粘度计最为方便。液体 在毛细管粘度计中，因重力作用流出时，可通过以下公式计算粘度：式中，n为液体的粘度；P为液体的密度；L为毛细管的长度；r为毛细管的 半径；t为流出的时间；h为流过毛细管液体的平均液柱高度；V为流经毛细管 的液体体积；m为毛细管末端校正的参数(一般在r/Lvvl时，可以取m=l)。对于某一只指定的粘度计而言，(4)式可以写成下式：(6)式中，B1，当流出的时间t在2min左右(大于100s),该项(亦称动能校正 项)可以从略。又因通常测定是在稀溶液中进行(Cv1x10-2gcm-3),所以溶液的密 度和溶剂的密度近似相等
5、，因此可将nr写成：-R d馮=一=7(7)式中，t为溶液的流出时间，t0为纯溶剂的流出时间。所以通过溶剂和溶液 在毛细管中的流出时间，从(6)式求得nr，由下式计算出nsp。再图1求得In】。可见，通过测量不同浓度的溶液通过粘度计的时间，与溶剂通过的时间比较, 得到不同浓度下的相对粘度nr值，再计算得增比粘度nsp。作图求得特性粘度n】， 从(2)式即可计算得到平均分子量。三、仪器与试剂恒温槽1套；乌贝路德粘度计1只；移液管(10mL)2只，(5mL)1只；秒表1 只；洗耳球1只；容量瓶(50 mL)1个；锥形瓶(100 mL)2个；烧杯(50 mL)1个； 螺旋夹1只；橡皮管(约5cm长)
6、2根；聚丙烯酰胺；NaNO3(1molL-1)四、实验步骤本实验用的乌贝路德粘度计，又叫气承悬柱式粘度计。它的最大优点是可以 在粘度计里逐渐稀释从而节省许多操作手续。1先用洗液将粘度计洗净，再用自来水、蒸馏水分别冲洗几次，每次都要注 意反复流洗毛细管部分，洗好后烘干备用。2调节恒温槽温度至(30.00.1)C，在粘度计的B管和C管上都套上橡皮管， 然后将其垂直放入恒温槽，使水面完全浸没G球。3溶液流出时间t的测定用移液管分别吸取已知浓度的聚丙烯酰胺溶液10mL和NaNO3(1molL-1)5mL 由A管注入粘度计，在C管处用洗耳球打气，使溶液混合均匀，浓度记为C1，用夹子夹住C管上的橡皮管下端
7、，使其不通大气。在B管的橡皮管口用洗耳球 将水从F球经较小球、毛细球等抽至刻度a上方的球中部，取下洗耳球，同时松 开C管上的夹子，使其通大气。此时溶液顺毛细管流下，当液面流经刻度a线 处时，立即按下秒表开始计时，至b刻度时停止计时，记下液体流经a，b之间 所需要的时间。重复测定 3 次，偏差应小于 0.3s。然后依次分别小心的再往里加入2.0、2.0、2.0、2.0mL NaNO3(lmolL-i)溶液 将溶液稀释，使溶液浓度分别为c2、c3、C4、C5，同法测定每份的溶液流出时 间。4.溶剂流出时间t0的测定用蒸馏水洗净粘度计，用NaNO3(1molL-i)洗12次，然后由A管加入月 15m
8、L NaNO3(1molL-i)溶液，同法测定溶剂流出时间t。五、实验结果恒温温度30 C实验数据如下：C(g-cm-3)t1/st2/st3/st平均nrinnrnSP%/cinnr/c0 (纯溶剂)13.91414.1140.00666716.11615.916.0001.1430.1340.142921.42820.0290.00588215.715.615.615.6331.1170.1100.116719.83518.7600.00526315.415.515.515.4671.1050.1000.104819.90518.9300.00476215.115.115.115.1001
9、.0790.0760.078616.50015.8840.00434814.914.914.814.8671.0620.0600.061914.23813.814原始溶液浓度C: 0.01(gcm-3)分别以nsp/c、innr/c对c作图如下:25.000-y = 2978.8x + 5.9899R2 = 0.930420.00015.000系列1系列210.000线性(系列1)5.0000.0000.000000 0.002000 0.004000 0.006000 0.008000因此，以式的第一式曲线即nSP/c-c求耳值，由图知nSP/c-c线性回归方程为y=2978.8x+5.9899，所以n值为5.9899在30C时，聚丙烯酰胺在1molL-1 NaNO3水溶液中有m 二 3.75X10-2 X M0-66所以：M =2180.04 。
