粘度的测定和应用(乌氏粘度计法)课件

实验十七实验十七粘度法测定高聚物的摩尔质量粘度法测定高聚物的摩尔质量实验室一角实验室一角实验十七实验十七 粘度法测定高聚物的摩尔质粘度法测定高聚物的摩尔质量量一一 实验目的实验目的2.2.掌握用乌氏掌握用乌氏(Ubbelohde)(Ubbelohde)粘度计测定高聚物溶液粘度计测定高聚物溶液 粘度的原理与方法。粘度的原理与方法。1.1.了解粘度法测定高聚物分子量的基本原理和公式了解粘度法测定高聚物分子量的基本原理和公式。3.3.测定聚丙烯酰胺或聚乙烯醇的摩尔质量。测定聚丙烯酰胺或聚乙烯醇的摩尔质量。二二 实验原理实验原理 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。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。测高聚物摩尔质量是一个统计平均值。有几种表示方式，本实验测有几种表示方式，本实验测定是什么摩尔质量？定是什么摩尔质量？二实验原理二实验原理 实践证明，在相同温度下实践证明，在相同温度下 ,为了比较这两种为了比较这两种粘度，引入增比粘度的概念，以粘度，引入增比粘度的概念，以 表示：表示：高聚物稀溶液的粘度是它在流动时内摩擦力大小的高聚物稀溶液的粘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，记作子间的内摩擦，记作 ；高聚物分子与溶剂分子间；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粘度，记作摩擦的总和称为高聚物溶液的粘度，记作 。00sp000()/1spr 二实验原理二实验原理 高聚物溶液的高聚物溶液的 往往随质量浓度往往随质量浓度C C的增加而增加。的增加而增加。为了便于比较，定义单位浓度的增比粘度为了便于比较，定义单位浓度的增比粘度 为为比浓粘度，定义比浓粘度，定义 为比浓对数粘度。为比浓对数粘度。spC符号符号名称与物理意义名称与物理意义 0纯溶剂的粘度纯溶剂的粘度，溶剂分子与溶剂分子间的内摩擦表现出来的粘度。，溶剂分子与溶剂分子间的内摩擦表现出来的粘度。溶液的粘度，溶液的粘度，溶剂分子与溶剂分子之间、高分子与高分子之间和溶剂分子与溶剂分子之间、高分子与高分子之间和高分子与溶剂分子之间三者内摩擦的综合表现。高分子与溶剂分子之间三者内摩擦的综合表现。r相对粘度，相对粘度，r=/0，溶液粘度对溶剂粘度的相对值。，溶液粘度对溶剂粘度的相对值。sp增比粘度，增比粘度，sp=(0)/0 =/0 1=r 1，反映了高分子与高，反映了高分子与高分子之间，纯溶剂与高分子之间的内摩擦效应分子之间，纯溶剂与高分子之间的内摩擦效应。sp/C比浓粘度，比浓粘度，单位浓度下所显示出的粘度单位浓度下所显示出的粘度。特性粘度，特性粘度，反映了高分子与溶剂分子之间的内摩擦反映了高分子与溶剂分子之间的内摩擦。splnrC在一定温度和溶剂条件下，特性粘度在一定温度和溶剂条件下，特性粘度和高和高聚物摩尔质量聚物摩尔质量M M之间的关系式是之间的关系式是Mark-HouwinkMark-Houwink经经验方程：验方程：式中式中M M为粘均分子量；为粘均分子量；K K为比例常数；为比例常数；是与分子是与分子形状有关的经验参数。形状有关的经验参数。K K和和值与温度、聚合物、值与温度、聚合物、溶剂性质以及分子量大小有关。溶剂性质以及分子量大小有关。K K值受温度的影响值受温度的影响较明显，而较明显，而值主要取决于高分子线团在某温度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，其数值介于下，某溶剂中舒展的程度，其数值介于0.50.51 1之之间。间。K K与与的数值可通过其它绝对方法确定，从粘的数值可通过其它绝对方法确定，从粘度法只能测定得度法只能测定得。MK二实验原理二实验原理 二实验原理二实验原理因为根据实验，在足够稀的高聚物溶液中有如下因为根据实验，在足够稀的高聚物溶液中有如下经验公式：经验公式：cc2spccr2ln 式中，式中，和和分别称分别称为为HugginsHuggins和和KramerKramer常常数。数。二实验原理二实验原理因此我们获得因此我们获得的方法如图所示：一种方法是以的方法如图所示：一种方法是以sp/C对对C作图，外推到作图，外推到C0的截距值；另一种是的截距值；另一种是以以lnr/C对对C作图，也外推到作图，也外推到C0的截距值，两的截距值，两根线应会合于一点，这也可校核实验的可靠性。根线应会合于一点，这也可校核实验的可靠性。如果没有会合于一点，怎如果没有会合于一点，怎么解决？么解决？当溶液无限稀释时，高聚物分当溶液无限稀释时，高聚物分子彼此相隔甚远，它们的相互子彼此相隔甚远，它们的相互作用可以忽略。作用可以忽略。当溶液无限稀时有如下：当溶液无限稀时有如下：sp00lnlimlim rcccc特性粘度特性粘度二二 实验原理实验原理 本实验采用毛细管法测定粘度，通过测定一定本实验采用毛细管法测定粘度，通过测定一定体积的液体流经一定长度和半径的毛细管所需时间体积的液体流经一定长度和半径的毛细管所需时间而获得。当液体在重力作用下流经毛细管时，其遵而获得。当液体在重力作用下流经毛细管时，其遵守泊肃叶守泊肃叶(Poiseuille)(Poiseuille)定律：定律：LtVmVLthgr884为液体的粘度；为液体的粘度；为液体的密度；为液体的密度；L L为毛细管的长度；为毛细管的长度；r r为毛细管的半径；为毛细管的半径；t t为为V V体积液体的流出时间；体积液体的流出时间；V V为流经毛细管的液体体积；为流经毛细管的液体体积；h h为流过毛细管液体的平均液柱高度；为流过毛细管液体的平均液柱高度；m m为毛细管末端校正的参数。为毛细管末端校正的参数。二实验原理二实验原理 对于某一只指定的粘度计而言，上式中许多对于某一只指定的粘度计而言，上式中许多参数是一定的，因此可以改写成：参数是一定的，因此可以改写成：tBAt 式中，式中，B B1 1，当流出的时间，当流出的时间t t在在2min2min左右左右(大于大于100s)100s)，该项可以忽略，该项可以忽略即即A t二二 实验原理实验原理 又因通常测定是在稀溶液中进行，溶液的密度又因通常测定是在稀溶液中进行，溶液的密度和溶剂的密度近似相等，因此可将和溶剂的密度近似相等，因此可将r r写成写成 ：000tttAtAr水液 所以通过测定溶剂和溶液在毛细管中的流出时间，所以通过测定溶剂和溶液在毛细管中的流出时间，从上式求得从上式求得r r，再由外推法求，再由外推法求。t t为测定溶液粘度时液面从为测定溶液粘度时液面从a a刻度流至刻度流至b b刻度的时间；刻度的时间；t t0 0为纯溶剂流过的时间；为纯溶剂流过的时间；三三 仪器和试剂仪器和试剂仪器：仪器：恒温槽恒温槽1 1套；套；乌氏粘度计乌氏粘度计1 1支；支；分析天平分析天平1 1台；台；移液管移液管(10mL)2(10mL)2支、支、(5mL)1(5mL)1支；支；停表停表1 1支；支；洗耳球洗耳球1 1支；支；螺旋夹一支；螺旋夹一支；橡皮管橡皮管(约约5cm5cm长长)2)2根；根；吊锤一支。吊锤一支。试剂：试剂：聚乙烯醇聚乙烯醇(5g/L)(5g/L)。乌氏粘度计 四实验步骤四实验步骤1.1.粘度计的洗涤粘度计的洗涤先用热洗液先用热洗液(经砂心漏斗过滤经砂心漏斗过滤)将粘度计浸泡，再将粘度计浸泡，再用丙酮、自来水、蒸馏水分别冲洗几次，每次都用丙酮、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，洗好后烘干备用要注意反复流洗毛细管部分，洗好后烘干备用(上一组的准备上一组的准备)。2.2.调节恒温槽温度至调节恒温槽温度至(30.0(30.0 0.1)0.1)，在粘度，在粘度计的计的B B管和管和C C管上都套上橡皮管，然后将其垂直放管上都套上橡皮管，然后将其垂直放入恒温槽，使水面完全浸没入恒温槽，使水面完全浸没G G球，并用吊锤检查球，并用吊锤检查是否垂直。是否垂直。四四 实验步骤实验步骤用移液管分别吸取已知浓度的用移液管分别吸取已知浓度的聚乙烯醇溶液聚乙烯醇溶液10mL10mL，由，由A A管注入管注入粘度计中，在粘度计中，在C C管处用洗耳球打管处用洗耳球打气，使溶液混合均匀，浓度记气，使溶液混合均匀，浓度记为为C C1 1，恒温，恒温15min15min，进行测定。，进行测定。3.3.溶液流出时间的测定溶液流出时间的测定四四 实验步骤实验步骤3.3.溶液流出时间的测定溶液流出时间的测定测定方法如下：将测定方法如下：将C C管用夹子夹紧使之不管用夹子夹紧使之不通气，在通气，在B B管处用洗耳球将溶液从管处用洗耳球将溶液从F F球经球经D D球、毛细管、球、毛细管、E E球抽至球抽至G G球球2/32/3处，解去处，解去C C管管夹子，让夹子，让C C管通大气，此时管通大气，此时D D球内的溶液即球内的溶液即回入回入F F球，使毛细管以上的液体悬空。毛球，使毛细管以上的液体悬空。毛细管以上的液体下落，当液面流经细管以上的液体下落，当液面流经a a刻度刻度时，立即按停表开始记时间，当液面降至时，立即按停表开始记时间，当液面降至b b刻度时，再按停表，测得刻度刻度时，再按停表，测得刻度a a、b b之间之间的液体流经毛细管所需时间。的液体流经毛细管所需时间。四四 实验步骤实验步骤3.3.溶液流出时间的测定溶液流出时间的测定重复以上操作至少三次，它们间相差不大于重复以上操作至少三次，它们间相差不大于0.3s0.3s，取三次的平均值为取三次的平均值为t t1 1。然后依次由然后依次由A A管用移液管加入管用移液管加入5mL5mL、5mL5mL、10mL10mL、15mL15mL水，将溶液稀释，使溶液浓度分别为水，将溶液稀释，使溶液浓度分别为C C2 2、C C3 3、C C4 4、C C5 5，用同法测定每份溶液流经毛细管的时间，用同法测定每份溶液流经毛细管的时间t t2 2、t t3 3、t t4 4、t t5 5。应注意每次加入水后，要充分混合。应注意每次加入水后，要充分混合均匀，并抽洗粘度计的均匀，并抽洗粘度计的E E球和球和G G球，使粘度计内溶液球，使粘度计内溶液各处的浓度相等。各处的浓度相等。四四 实验步骤实验步骤4.4.溶剂流出时间的测定溶剂流出时间的测定 用蒸馏水洗净粘度计，尤其要反复流洗粘度用蒸馏水洗净粘度计，尤其要反复流洗粘度计的毛细管部分。用水洗计的毛细管部分。用水洗1 12 2次，然后由次，然后由A A管加入管加入约约15mL15mL水溶液。用同法测定溶剂流出的时间水溶液。用同法测定溶剂流出的时间t t0 0。为什么是为什么是“大约大约”？这个值需要精确吗？这个值需要精确吗？五五 注意事项注意事项1 1、高聚物在溶剂中溶解缓慢，配制溶液时必须保证其完、高聚物在溶剂中溶解缓慢，配制溶液时必须保证其完全溶解，否则回影响溶液起始浓度，而导致结果偏低。全溶解，否则回影响溶液起始浓度，而导致结果偏低。2 2、粘度计必须洁净，高聚物溶液中若有絮状物不能将它、粘度计必须洁净，高聚物溶液中若有絮状物不能将它移入粘度计中。移入粘度计中。3 3、本实验溶液的稀释是直接在粘度计中进行的，因此每、本实验溶液的稀释是直接在粘度计中进行的，因此每加入一次溶剂进行稀释时必须混合均匀，并抽洗加入一次溶剂进行稀释时必须混合均匀，并抽洗E E球和球和G G球。球。4 4、实验过程中恒温槽的温度要恒定，溶液每次稀释恒温、实验过程中恒温槽的温度要恒定，溶液每次稀释恒温后才能测量。后才能测量。5 5、粘度计要垂直放置，实验过程中不要振动粘度计，否、粘度计要垂直放置，实验过程中不要振动粘度计，否则影响结果的准确性。则影响结果的准确性。六六 数据处理数据处理1.1.将所测的实验数据及计算结果填入下表中：将所测的实验数据及计算结果填入下表中：原始溶液浓度原始溶液浓度C C0 0 (g.cm(g.cm-3-3)；恒温温度；恒温温度 C/g.cmg.cm-3-3t平均平均/srSPSP/Clnr/C2.作作SP/C-C及及lnr/C-C图，并外推到图，并外推到C0求得截距，以截距除以起始浓度即得求得截距，以截距除以起始浓度即得，由截距求出，由截距求出。七七 实验讨论实验讨论以以SP/C-C及及lnr/C-C作图缺乏线性的影响因作图缺乏线性的影响因素：素：(1)(1)温度的波动；温度的波动；(2)(2)溶液的浓度溶液的浓度(3)(3)测定过程中因为毛细管垂直发生改变以及测定过程中因为毛细管垂直发生改变以及微粒杂质局部堵塞毛细管而影响流经时间。微粒杂质局部堵塞毛细管而影响流经时间。八八 思考题思考题 与奥氏粘度计相比，乌氏粘度计有何优点？本实与奥氏粘度计相比，乌氏粘度计有何优点？本实验能否用奥氏粘度计？验能否用奥氏粘度计？2.2.奥氏粘度计中支管奥氏粘度计中支管C C有何作用？除去支管有何作用？除去支管C C是否是否可测定粘度？可测定粘度？3.3.粘度计的毛管太粗或太细有什么缺点？粘度计的毛管太粗或太细有什么缺点？4.4.为什么用为什么用来求算高聚物的分子量？它和纯来求算高聚物的分子量？它和纯 溶剂粘度有无区别？溶剂粘度有无区别？5.5.分析分析SP/C-C及及lnr/C-C作图缺乏线性的原作图缺乏线性的原 因？因？