杭州卓祥告訴你烏氏粘度計原理及其應(yīng)用

內(nèi)容介紹：

  當(dāng)流體受外力作用產(chǎn)生流動時，在流動著的液體層之間存在著切向的內(nèi)部摩擦力，如果要使液體通過管子，必須消耗一部分功來克服這種流動的阻力。在流速低時管子中的液體沿著與管壁平行的直線方向前進，*靠近管壁的液體實際上是靜止的，與管壁距離愈遠，流動的速度也愈大。 流層之間的切向力f與兩層間的接觸面積A和速度差
       Δv成正比，而與兩層間的距離Δx成反比：
　　式中，η是比例系數(shù)，稱為液體的粘度系數(shù)，簡稱粘度。
　　高聚物摩爾質(zhì)量不僅反映了高聚物分子的大小，而且直接關(guān)系到它的物理性能，是個重要的基本參數(shù)。與一般的無機物或低分子的有機物不同，高聚物多是摩爾質(zhì)量大小不同的大分子混合物，所以通常所測高聚物摩爾質(zhì)量是一個統(tǒng)計平均值。
　　測定高聚摩爾質(zhì)量的方法很多，而不同方法所得平均摩爾質(zhì)量也有所不同。比較起來，粘度法設(shè)備簡單，操作方便，并有很好的實驗精度，是常用的方法之一。用該法求得的摩爾質(zhì)量成為粘均摩爾質(zhì)量。

烏氏粘度計 - 常用名詞的物理意義

　　符號、名稱與物理意義：
　　η0： 純?nèi)軇┑恼扯龋軇┓肿优c溶劑分子間的內(nèi)摩擦表現(xiàn)出來的粘度。
　　η ：溶液的粘度，溶劑分子與溶劑分子之間、高分子與高分子之間和高分子與溶劑分子之間三者內(nèi)摩擦的綜合表現(xiàn)。
　　ηr ： 相對粘度，ηr=t/t0，溶液粘度對溶劑粘度的相對值。
　　ηsp ：增比粘度，ηsp= (η-η0) / η0 = (η / η0)-1 = ηr -1，反映了高分子與高分子之間，純?nèi)軇┡c高分子之間的內(nèi)摩擦效應(yīng) 。
　　ηsp/C： 比濃粘度，單位濃度下所顯示出的粘度 。
　　[η] ：特性粘數(shù)，反映了高分子與溶劑分子之間的內(nèi)摩擦。

特性粘數(shù)與聚合物分子量的關(guān)系

　　大量的實驗證明，對于給定聚合物在給定的溶劑和溫度下，特性粘數(shù)[η]的數(shù)值僅由給定聚合物的分子量所決定，[η]與給定聚合物的粘均分子量Mh的關(guān)系可以由Mark-Houwink方程表示：

其中：K —— 比例常數(shù)；α —— 擴張因子，與溶液中聚合物分子鏈的形態(tài)有關(guān)；Mη —— 粘均分子量。
　　K、α與溫度、聚合物種類和溶劑性質(zhì)有關(guān)，K值受溫度的影響較明顯，而α值主要取決于聚合物分子鏈線團在溶劑中舒展的程度，一般介于0.5～1.0之間。在一定溫度時，對給定的聚合物-溶劑體系，一定的分子量范圍內(nèi)K、α為一常數(shù)，[η]只與分子量大小有關(guān)。K、α值可從有關(guān)手冊中查到，或采用幾個標(biāo)準(zhǔn)試樣由上式進行確定，標(biāo)準(zhǔn)試樣的分子量由絕dui方法（如滲透壓和光散射法等）確定。特性粘數(shù)[η]的大小受下列因素影響：                                                   

（1）分子量：線型或輕度交聯(lián)的聚合物分子量增大，特性粘度[η]增大。
　　（2）分子形狀：分子量相同時，支化分子的形狀趨于球形，特性粘度[η]較線型分子的小。
　　（3）溶劑特性：聚合物在良溶劑中，大分子較伸展，特性粘度[η]較大，而在不良溶劑中，大分子較卷曲，特性粘度[η]較小。
　　（4）溫度：在良溶劑中，溫度升高，對特性粘度[η]影響不大，而在不良溶劑中，若溫度升高使溶劑變?yōu)榱己茫瑒t特性粘度[η]增大。

烏氏粘度計的使用步驟

1）根據(jù)實驗需要將恒溫槽溫度調(diào)節(jié)至25±0.05℃ 或30±0.05℃。
　　2）配制聚合物溶液
　　用粘度法測聚合物分子量，選擇高分子-溶劑體系時，常數(shù)K、α值必須是已知的而且所用溶劑應(yīng)該具有穩(wěn)定、易得、易于純化、揮發(fā)性小、毒性小等特點。為控制測定過程中hr在1.2～2.0之間，濃度一般為 0.001g／ml～0.01g／ml。于測定前幾天，用100 ml容量瓶把待測聚合物試樣溶解于溶劑中配成已知濃度的溶液。
　　準(zhǔn)確稱取100-500mg待測聚合物放入100ml清潔干燥的容量瓶中，倒入約80ml甲苯（本例以甲苯為溶劑），使之溶解，待聚合物*溶解之后，放入已調(diào)節(jié)好的恒溫槽中，容量瓶也放入恒溫槽中。再加溶劑至刻度，取出搖勻，用3號玻璃砂芯漏斗過濾到另一100ml容量瓶中，放入恒溫槽恒溫待用，容量瓶及玻璃砂芯漏斗，用后立即洗滌。玻璃砂芯漏斗要用含30%硝酸鈉的硫酸溶液洗滌，再用蒸餾水抽濾，烘干待用。
　　3）洗滌粘度計
　　粘度計和待測液體是否清潔，是決定實驗成功的關(guān)鍵之一。由于毛細管粘度計中毛細管的內(nèi)徑一般很小，容易被溶液中的灰塵和雜質(zhì)所堵塞，一旦毛細管被堵塞，則溶液流經(jīng)刻線a和b所需時間無法重復(fù)和準(zhǔn)確測量，導(dǎo)致實驗失敗。若是新的粘度計，先用洗液浸泡，再用自來水洗三次，蒸餾水洗三次，烘干待用。對已用過的粘度計，則先用甲苯灌入粘度計中浸洗除去留在粘度計中的聚合物，尤其是毛細管部分要反復(fù)用溶劑清洗，洗畢，將甲苯溶液倒入回收瓶中，再用洗液、自來水、蒸餾水洗滌粘度計，*后烘干。
　　4）測定溶劑的流出時間
　　烏氏粘度計是氣承懸柱式可稀釋的粘度計，把預(yù)先經(jīng)嚴(yán)格洗凈，檢查過的潔凈粘度計垂直夾持于恒溫槽中，使水面*浸沒小球M1。用移液管吸10ml甲苯，從A管注入E球中。于25℃恒溫槽中恒溫3分鐘，然后進行流出時間t0的測定。用手捏住C管管口，使之不通氣，在B管用洗耳球?qū)⑷軇腅球經(jīng)毛細管、M2球吸入M1球，然后先松開洗耳球后，再松開C管，讓C管通大氣。此時液體即開始流回E球。此時操作者要集中精神，用眼睛水平地注視正在下降的液面，并用秒表準(zhǔn)確地測出液面流經(jīng)a線與b線之間所需的時間，并記錄。重復(fù)上述操作三次，每次測定相差不大于0.2 s。取三次的平均值為t0，即為溶劑的流出時間。但有時相鄰兩次之差雖不超過0.2 s，而連續(xù)所得的數(shù)據(jù)是遞增或遞減（表明溶液體系未達到平衡狀態(tài)），這時應(yīng)認為所得的數(shù)據(jù)不可靠的，可能是溫度不恒定，或濃度不均勻，應(yīng)繼續(xù)測定。
　　5）溶液流出時間的測定
（a）測定t0后，將粘度計中的甲苯倒入回收瓶，并將粘度計烘干，用干凈的移液管吸取已恒溫好的被測溶液8ml，移入粘度計（注意盡量不要將溶液沾在管壁上），恒溫3分鐘，按前面的步驟，測定溶液（濃度c1）的流出時間t1。
（b）用移液管加入4ml預(yù)先恒溫好的甲苯，對上述溶液進行稀釋，稀釋后的溶液濃度（c2）即為起始濃度c1的2/3。然后用同樣的方法測定濃度為c2的溶液的流出時間t2。與此相同，依次加入甲苯4ml、4ml、4ml，使溶液濃度成為起始濃度的1/2、2/5、1/3，分別測定其流出時間并記錄下來。注意每次加入純試劑后，一定要混合均勻，每次稀釋后都要將稀釋液抽洗粘度計的E球、毛細管、M2球和M1球，使粘度計內(nèi)各處溶液的濃度相等，且要等到恒溫后再測定。
　　6）粘度計洗滌
　　測量完畢后，取出粘度計，將溶液倒入回收瓶，用純?nèi)軇┓磸?fù)清洗幾次，烘干，并用熱洗液裝滿，浸泡數(shù)小時后倒去洗液，再用自來水，蒸餾水沖洗，烘干備用。
　　7）注意事項
(a).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。
(b).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，并抽洗毛細管、M1球和M2球。
(c).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。
(d).粘度計要垂直放置。實驗過程中不要振動粘度計。

數(shù)據(jù)處理
　　（1） 外推法作圖計算分子量Mη
　　以ηSP/c、lnηr/ c對濃度c作圖，得兩條直線，外推至c→0得截距。經(jīng)換算，就得特性粘度[η]，將[η]代入式，即可換算出聚合物的分子量Mη。
　　（2） “一點法”計算聚合物的分子量
　　在一個濃度下測定粘度比，再用公式即可算出其分子量。

烏氏粘度計

測量聚合物分子量的方法與適用分子量范圍