毛细管粘度计的原理

粘度法测定聚苯乙烯分子量一、实验目的二、实验原理三、仪器药品四、实验步骤五、实验记录六、数据处理八、思考题九、重点难点七、注意事项指导教师：方建波一实验目的1.掌握黏度法测定聚合物分子量的基本原理和实验技术。2.掌握测量原理和使用乌氏粘度计测定聚苯乙烯-甲苯体系的特性粘数的方法并计算粘均分子量。3.了解聚合物分子量的控制方法。二实验原理分子量是表征聚合物特征的重要参数之一，高聚物的相对分子质量大小不一，其摩尔质量常在103~107之间，黏度法测定分子量是最常用的测定聚合物分子量的技术。也是高分子物理实验中较为经典的实验之一，以其设备简单，操作方便，实验精度高受到了人们的欢迎。当高聚物、溶剂、温度等确定以后，特性粘度值只与高聚物的相对分子质量M有关。目前常用半经验的麦克非线性方程来求得：KM][式中：M----高聚物相对分子质量的平均值；K----比例常数；α----与高聚物在溶液中的形态有关的经验参数。2.1分子量测定原理K，α通过查阅高分子物理书册可以查处文献值高聚物在稀溶液中的粘度是它在流动过程所存在的内摩擦的反映，这种流动过程中的内摩擦主要有：溶剂分子之间的内摩擦；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。其中溶剂分子之间的内摩擦又称为纯溶剂的粘度，以表示；三种内摩擦的总和称为高聚物分子间的内摩擦，以表示。02.2特性粘数的测定原理][lim0CSPC100rsp根据实验，在足够稀的溶液中有：CkCsp2][][CCr2][][lnCCsp~CCr~lnCCrspln或][0C测定不同浓度下的ηsp和ηr，分别用ηsp/c和㏑ηr/c对浓度c作图得到两条直线，这两条直线相交的一点，就是特性粘数。2.3黏度的测试原理当液体在毛细管粘度计内因重力作用而流出时遵守泊塞勒（Poiseuille)定律：ltvmlvtghr884式中：ρ为液体的密度；l为毛细管长度；r为毛细管半径；t为流出时间；h为流经毛细管液体的平均液柱高度；g为重力加速度；v为流经毛细管的液体体积；m为与仪器的几何形状有关的常数，r/l1时，可取m=1。对某一指定的粘度计而言，令，，则上式可写为：lmv8lvghr84tt式中β1，当t100s时，等式右边第二项可以忽略。溶液很稀时ρ≈ρ0。这样，通过测定溶液和溶剂的流出时间t和t0，就可求00ttr三仪器药品1.乌氏黏度计；2.玻璃恒温水浴一套；3.秒表；4.移液管、吸耳球、容量瓶等；5.不同分子量的聚苯乙烯-甲苯体系溶液；乌氏粘度计CBAabGEDF（实物图片）四实验步骤1.恒温水浴的调节调节恒温槽温度至(30.0±0.1)℃，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１球。2.溶液流出时间t的测定用移液管从Ａ管加入已知浓度的聚苯乙烯-甲苯溶液10ml。恒温15分钟，用弹簧夹夹住C管上的橡皮管，用洗耳球从B管将溶液缓慢吸至1球，放开C管，让溶液自由下落，当液面通过刻度线a时，打开秒表开始计时；当液面通过刻度线b时，按停秒表。这就是溶液1的流出时间t1。重复三次，三次的最大偏差应小于0.3s。用移液管分别由A管加入5ml、5ml、10ml、10ml的30℃的甲苯，使溶液的浓度分别为C2、C3、C4、C5，每次稀释，均要封闭Ｃ管，并用洗耳球从Ｂ管口多次吸溶液至１球，以洗涤Ｂ管并使溶液均匀混合。恒温10分钟后，分别测量溶液的流出时间t2、t3、t4、t5。3.溶剂流出时间t0的测定移取10ml同温度下的甲苯，由Ａ管注入粘度计中内，恒温15min。用橡胶管封闭Ｃ管口，用洗耳球从Ｂ管吸溶剂使溶剂上升至球１。然后同时松开Ｃ管和Ｂ管，使Ｂ管溶剂在重力作用下流经毛细管。记录溶剂液面通过a标线到b标线所用时间，重复三次，任意两次时间相关小于0.3s。五、实验记录实验数据记录室温：℃1.将所测的实验数据及计算结果填入下表中。原始溶液浓度C0(g/ml)；恒温温度℃；t0=s黏度计型号______k=____α=_____聚苯乙烯的合成配方________实验日期：；恒温槽恒温温度：℃。甲苯聚苯乙烯-甲苯溶液（C0）+5ml甲苯+5ml甲苯+10ml甲苯+10ml甲苯t0(s)t1(s)t2(s)t3(s)t4(s)t5(s)123平均值六、数据处理1.计算；2.作图；3.确定值；4.计算聚苯乙烯-甲苯体系相对分子质量；C、C、、sprsprlnCCC、Cspr~~ln][CCsp~CCr~lnCCrspln或][0Cg/100ml、关系图CCr~lnCCsp~正常状态KMKM][][其中：30℃时，K=7.2×10-3，α=0.72七注意事项：1.随着溶液浓度增加，高聚物分子之间的距离逐渐缩短，因而分子间作用力增大。当溶液浓度超过一定限度时，高聚物溶液的ηsp/C~C、lnηr/C~C的关系不成线性。因此测定时要求最浓溶液和最稀溶液与溶剂的相对粘度ηr在2.0~1.2之间；2.温度波动直接影响溶液粘度的测定，国家规定用粘度计测定相对分子质量的恒温槽的温度波动为±0.05℃；3.毛细管粘度计的选择，即毛细管的直径、长度以及Ｅ球体积的选择，应根据所用溶剂的粘度而定，使溶剂流出时间在100s以上；4.在特性粘度测定过程中，有时并非操作不慎才出现各种异常现象，而是高聚物本身的结构及其在溶液中的形态所致，目前尚不能清楚地解释产生这些反常现象的原因。因此出现异常现象时，以ηsp/C~C曲线且由截距求[η]值；5.温度计和秒表的读数要注意其有效数字6.甲苯废液要倒回回收瓶中，禁止倒进水槽中。7.粘度计要垂直浸入恒温槽中，实验中不要振动粘度计八、思考题1.试举例说明影响粘度测定的因素？粘度计毛细管的粗细有何影响？2.如果资料上查阅不到K,α的值，如何测定K,α？九、重点难点重点：粘度法测量高聚物分子量的原理与方法。难点：乌氏粘度计的使用方法。