1、本科學生綜合性、設計性實驗報告 實驗課程基礎化學實驗（川）-物理化學實驗 實驗項目粘度法測定聚乙烯醇的相對分子質量及其分子 構型的確定 專業班級 學號姓名 指導教師 、實驗方案設計 實驗序號 1 實驗項目 粘度法測定高聚物的相對分子質量 實驗時間 5月29日 實驗室 生化樓413 小組成員 汪培琳、鄧穎 1實驗目的 測定聚乙烯醇的相對平均分子質量； 掌握用烏氏粘度計測定溶液粘度的原理和方法。 2 實驗原理 單體分子經過加聚或縮聚反應后后形成高聚物。由于其分子鏈長度遠大于溶劑分子，在液體分子流動或相對流動時 有內摩擦阻力，宏觀表現為粘度 ，這種流動過程中的內摩擦主要有：純溶劑分子間的內摩擦，記作

2、 n；高聚物分子與溶 劑分子間的內摩擦；以及高聚物分子間的內摩擦。這三種內摩擦的總和稱為高聚物溶液的粘度，記作 n實踐證明，在 相同溫度下n n，為了比較這兩種粘度，弓I入增比粘度的概念，以 卯表示： np = (n n)/ n = n/0 1 = n 1 式中，n稱為相對粘度，反映的仍是整個溶液的粘度行為，而訶則是扣除了溶劑分子間的內摩擦以后僅僅是純溶劑與 高聚物分子間以及高聚物分子間的內摩擦之和。 高聚物溶液的 np往往隨質量濃度 C的增加而增加。為了便于比較，定義單位濃度的增比粘度np/C為比濃粘度，定 義In n/C為比濃對數粘度。當溶液無限稀釋時，高聚物分子彼此相隔甚遠，它們的相互作

3、用可以忽略，此時比濃粘度趨 近于一個極限值，即: sp lim c 0 c In r lim 匚 式中n主要反映了無限稀釋溶液中高聚物分子與溶劑分子之間的內摩擦作用, 稱為特性粘度，可以作為高聚物摩爾質量 的度量。由于np與n均是無因次量，所以n的單位是濃度 C單位的倒數。n的值取決于溶劑的性質及高聚物分子的大 小和形態，可通過實驗求得。因為根據實驗，在足夠稀的高聚物溶液中有如下經驗公式： sp C 2 In r c 2c 式中，k和B分別稱為Huggins和Kramer常數，這是兩根直線方程，因此我們獲 得n的方法如圖2-30-2所示：一種方法是以np/c對C作圖，外推到 CT0的截 距值；

4、另一種是以ln n/C對C作圖，也外推到CT0的截距值，兩根線應會合于一 點，這也可校核實驗的可靠性。 由于試驗中存在一定誤差，交點可能在前，也可能在后，也有可能兩者不相交， 出現這種情況，就以nP/C對C作圖求出特性粘度n。 4 4實驗步驟 順序 操作 1 粘度計的洗滌 先用熱洗液（經砂心漏斗過濾）將粘度計浸泡，再用丙酮、自來水、 蒸餾水分別沖洗幾次，每次都要注意反復流洗毛細管部分，洗好后 烘干備用 2 配制聚乙烯醇溶液 準確稱量1g左右聚乙烯醇固體，放入燒杯中，再加入60mL左右蒸 餾水使其溶解，可適當加熱以加速溶解，待聚乙烯醇固體完全溶解 后，將溶液（溶液冷卻后）轉入100mL容量瓶中定

5、容 3 溶劑流出時間的to測定 使C管不通氣。用洗耳球在 B管的上端吸氣，將水從 F球經D球、 毛細管、E球抽至G球2/3處；松開C管上夾子，使其通氣，此時 D球內溶液回入F球，使毛細管以上的液體懸空；毛細管以上的液 體下落，當凹液面最低處流經刻度 a線時，立刻按下秒表開始記時， 至b處則停止記時。記下液體流經a、b之間所需的時間。 復測定三 次，偏差小于0.3s取其平均值，即為to值 4 溶液流出時間的測定 烘干粘度計，用移液管吸已預先恒溫好的溶液10mL，由A管注入 粘度計內，于25C水中恒溫2分鐘，測定流出時間三次，取均值。 向粘度計中依次加入10.00 mL蒸餾水，稀釋成原來濃度的 1

6、/2,1/3.1/4,1/5,用上述方法分別測量不冋濃度的t值。每次稀釋后用 洗耳球將液體混勻，并多次抽洗粘度的 E球和G球以及毛細管部分。 5 清洗儀器 清洗粘度計3次，用純水注滿粘度計，實驗完畢。 6 用高碘鉀酸降解PVA 在剩余的聚乙烯醇溶液 （約60ml）中加入0.25至0.3g的咼碘鉀酸， 搖勻，靜置一周以備實驗項目2 【注意事項】 黏度計的拿法，拿A管。 高聚物在溶劑中溶解緩慢，配制溶液時必須保證其完全溶解，否則回影響溶液起始濃度，而導致結果偏低。 所用移液管和燒杯必須潔凈；粘度計必須潔凈，高聚物溶液中若有絮狀物不能將它移入粘度計中。 混合溶液時注意不要將溶液從吹出。 消泡用正丁醇

7、，加入一滴或幾滴即可。 本實驗溶液的稀釋是直接在粘度計中進行的，因此每加入一次溶劑進行稀釋時必須混合均勻，并抽洗E球和G 球。 實驗過程中恒溫槽的溫度要恒定，溶液每次稀釋恒溫后才能測量。 粘度計要垂直放置，實驗過程中不要振動粘度計，否則影響結果的準確性。 黏度計一定要洗干凈，可用丙酮洗滌，以備下組使用。 5.實驗數據記錄與處理 (1)降解前聚乙烯醇的黏度測定數據表 室溫：25 C 大氣壓：101.25KPa C o=0.0208g/ml 項目 流出時間/s n r n sp C n sp / C Inn r Inn / C 測量值 平均值 1 2 3 溶劑 41 42 42 t0=42 1 0

8、 0 0 0 0 溶 液 C 378 380 381 t1 =380 9.04 8.04 0.5 16.08 2.20 4.40 C， =1/2 90 85 87 t2=87 2.07 1.07 0.33 3.21 0.73 2.21 C， =1/3 64 63 63 t3=63 1.50 0.50 0.25 2.00 0.41 1.64 C 1/4 57 56 59 t4=57 1.35 0.35 0.20 1.75 0.30 1.5 (2)降解后聚乙烯醇的黏度測定數據表 室溫：27 T大氣壓：101.25KPa C o=0.0208g/ml 項目 流出時間/s n r n sp C n s

9、p / C Inn r In n r/ C 測量值 平均值 1 2 3 溶劑 31 31 31 t0=31 1 0 0 0 0 0 溶液 C 41 42 41 t1=41 1.32 0.32 0.67 0.48 0.28 0.42 C =1/2 38 38 39 t2=38 1.23 0.23 0.50 0.46 0.21 0.42 C =1/3 36 37 37 t3=37 1.19 0.19 0.40 0.47 0.17 0.42 C =1/4 35 35 35 t4=35 1.13 0.13 0.33 0.39 0.12 0.36 C =1/5 35 34 34 t5=34 1.10 0

10、.10 0.29 0.35 0.10 0.34 (3)文獻值 聚乙烯醇的水溶液在 25T 時，a=0.76 , K=0.02;在 30C 時，a=0.64 , K=0.0666;M 為 74800-79200. 6.參考文獻 教師對實驗方案設計的意見 簽名: 值介于0.51之間。 在一定溫度和溶劑條件下，特性粘度n和高聚物摩爾質量 M之間的關系通常用帶有兩個參數的Mark-Houwink經驗 方程式來表示： K M 式中M為粘均分子量；K為比例常數；a是與分子形狀有關的經驗參數。K和a值與溫度、聚合物、溶劑性質有關，也 和分子量大小有關。K值受溫度的影響較明顯，而a值主要取決于高分子線團在某溫

11、度下，某溶劑中舒展的程度，其數 K與a的數值可通過其它絕對方法確定，例如滲透壓法、光散射法等，從粘度法只能測定得 由上述可以看出高聚物摩爾質量的測定最后歸結為特性粘度n的測定。本實驗采用毛細管 法測定粘度，通過測定一定體積的液體流經一定長度和半徑的毛細管所需時間而獲得。所使用 的烏氏粘度計如圖2-30-3所示，當液體在重力作用下流經毛細管時，其遵守泊肅葉(Poiseuille) 定律： hgr4tV m 8VL 8 Lt 式中，n為液體的粘度；p為液體的密度；L為毛細管的長度；r為毛細管的半徑；t為V體積 液體的流出時間；h為流過毛細管液體的平均液柱高度；V為流經毛細管的液體體積； m為毛 細

12、管末端校正的參數(一般在r/L1時，可以取m=1)。 對于某一只指定的粘度計而言，式中許多參數是一定的，因此可以改寫成： At 式中，Bv 1，當流出的時間t在2min左右(大于100s),該項(亦稱動能校正項)可以忽略 即，Ap t 又因通常測定是在稀溶液中進行(C v 1X 10-2g cm-3),溶液的密度和溶劑的密度近似相等, 3 因此可將n寫成 r 0 t0 式中，t為測定溶液粘度時液面從a刻度流至b刻度的時間；t0為純溶劑流過的時間。所以通 過測定溶劑和溶液在毛細管中的流出時間，從(12)式求得n，再由圖2-30-2求得n 3.儀器與試劑 儀器：烏式黏度計1支；玻璃恒溫水浴1套；吸

13、耳球1個；移液管(10mL和15mL)各1只；燒杯(100mL) 1只；吸瓶1 個；止水夾1個；橡皮管(約5cm長)2根；鐵夾臺包括鐵夾 1個。 試劑：聚乙烯醇，正丁醇 實驗序號 2 實驗項目 粘度法測定聚乙烯醇的相對分子質量及其分子構型的確定 實驗時間 6月5日 實驗室生化樓413小組成員汪培琳 1.實驗目的 以聚乙酸乙烯酯為原料制備聚乙烯醇。 用烏氏粘度計測定自制PVA被高碘酸鹽降解前后的黏均相對分子質量。 計算PVA分子鏈中“頭碰頭”鍵合方式的比率 2.實驗原理 1.聚乙烯醇的制備原理 聚乙烯醇不能直接通過烯類單體聚合得到，而是經過聚乙酸乙烯酯(PVAc)的高分子反應獲得 的。因為醇解比

14、水解制得的產品性能好，因而多采用醇解法。 PVAc在NaOH/CH3OH溶液中的醇解主要反應為： CH2 CH OCOCH3+ CH3OH CH2CHOH + CH3COOCH3 以NaOH作為催化劑。 2高分子的測定原理 參見實驗項目1 3.PVA分子鏈中鍵合形式的測定原理 在聚乙烯醇中，一個“頭碰頭”的鍵合是一個1,2-乙二醇結構，而乙二醇能被咼碘酸鹽分解。 通過黏度法來測定被高碘酸鉀處理前后兩種物質的分子量，從而求出“頭碰頭”的鍵合方式的概率。 因為“頭碰頭”的鍵合方式的概率 二分子數的增加數目/體系中總的單體數目 因為分子數的增加數目和體系中總的單體數目與摩爾質量成反比，所以 = (1

15、/Mn -1/Mn) /(1 /Mo)。 上式中，Mn和Mn分別為降解前后的平均分子摩爾質量，Mo為單體的摩爾質量，Mo = 44g/mol， 所以 = 44 (1/Mn-1/Mn)。 因為聚乙烯醇是一個多分散性的高聚物，所以不能用實驗所測得的Mv直接代入上述公式，所以公 式需改寫成 = 88.08 (1/Mv -1/Mv) 通過該條公式就可以用實驗所測得的平均黏均分子量計算聚乙烯醇的“頭碰頭”的鍵合方式的 概率 3.儀器與試劑 儀器;烏式黏度計1支；玻璃恒溫水浴1套；吸耳球1個；移液管(10mL和15mL)各1只；燒杯(100mL) 1只；吸瓶1個；止水夾1個；橡皮管(約5cm長)2根；鐵夾臺包括鐵夾1個。 試劑：正丁醇，高碘酸鉀，氫氧化鈉，聚醋酸乙烯酯，甲醇，石油醚 4實驗步驟 順序 步驟 操作 1 降解后PVA溶液流出時間的測定 利用移液管將10 mL的溶液加到粘度計中；通過膠管用 洗耳球吸取溶液到基準刻度，釋放，并開始計時，記錄 溶液流出的時間，用一組試液，操作 23次；再依次 加入5ml的蒸餾水，把溶液稀釋到原溶液的 2 /3、1 /2、 2 /5、1 /3并測定流出時間，每次操作 23次。 2 清理儀器 實驗完畢，黏度計應洗凈，然后用潔凈的蒸餾