特性粘度

特性粘度

[η]=kMar 它的質量mi是:mi=n xi=n

一、定義

高聚物溶液的濃度較稀時,其相對粘度的對數值與高聚物溶液質量濃度的比值,即為該高聚物的特性粘度。特性粘度(intrinsic viscosity )的定義是當高聚物溶液濃度趨於零時的“比濃粘度”(ηspc )或比濃對數相對粘度(lnηrc ),即:
limc→0 ηsp/c=Inηr/c=[η] (1)
此式表示單個分子對溶液粘度的貢獻,它反映高聚物特性的粘度,其值不隨濃度而變。比濃粘度的定義式一般寫為:
ηsp/c=ηr-1/c (2)
式中ηsp稱“增比粘度” ,它的定義式:
ηsp=η-η0/η0=ηr-1 (3)
增比粘度是一個量綱1的量(即無量綱的量),ηsp意味著已扣除了溶劑分子之間的內摩擦效應。對於高聚物溶液,增比粘度ηsp往往隨溶液的濃度C的增加而增加。為了便於比較,將單位濃度下所顯示出的增比粘度,即ηsp/C稱為“比濃粘度”。前已述及ηr稱相對粘度,即:
ηr=η/η0 (4)
相對粘度也是一個量綱1 的量,它的物理意義是溶液粘度與純溶劑粘度的比值。相對粘度是整個溶液的行為。
根據式 (1) 的定義式,可以用作圖法求特性粘數[η],只要測定一系列不同濃度(c)下的增比粘度和對數相對粘度,然後對濃度(c)作圖,並外推到濃度為零時,得到的增比粘度或對數相對粘度就是特性粘數。由上述知,特性粘度為極限粘度。

二、特性粘度與高分子化合物的相對分子質量

特性粘度的量值取決於高聚物的相對分子質量和結構、溶液的溫度和溶劑的特性,當溫度和溶劑一定時,對於同種高聚物而言,其特性粘數就僅與其相對分子質量有關。因此,如果能建立相對分子質量與特性粘數之間的定量關係,就可以通過特性粘數的測定得到高聚物的相對分子質量。

2.1 Mark?Houwinkxw 方程

當溶劑和溫度一定時,分子結構相同的高聚物,其相對分子質量與特性粘數之間的關係可 以用Mark-Houwinkxw 方程來確定,即:
[η]=kMar 或[η]=k′Pa (5)
在一定的相對分子質量範圍內,k、k′ 和α是與相對分子質量無關的常數,P為聚合度。這樣,只要知道K 和α的值,即可根據所測得的[η] 值計算高聚物的相對分子質量。在用Mark?Houwinkxw方程計算相對分子質量時,由於不同的高聚物有不同的K和α值,因此在測定某種高聚物的相對分子質量之前,必須事先訂定 K和α值。測定的方法是:製備若干個相對分子質量均一的樣品。然後分別測定每個樣品的相對分子質量和特性粘數。其相對分子質量可用任何一種絕對方法進行測定。由式( 5) 兩邊取對數,得:
lg[η]=lgk+αlgMr (6)
以各個標樣的lg[η]對logMr 作圖,所得直線的斜率是α,而截距是lgK。事實上,前人已對許多高聚物溶液體系的K 和α值做了訂定並收入手冊,我們需要時可隨時查閱測定值,這樣在很多情況下,並不需要我們自己訂定,但在選用K 、α值時,一定要注意高聚物結構、溶劑、 溫度的一致性,以及適用的相對分子質量範圍。溶液的粘度一般用毛細管粘度計來測定,最常用的是烏氏粘度計,其特點是毛細管下端與大氣連通,粘度計中液體的體積對測定沒有影響。值得提醒的是,要注意濃度單位的換算。

2.2 測定高分子溶液特性粘度的新方法

我國梁燕等研究出高分子溶液特性粘度測定的新方法[3],該方法具有更高的準確性和廣譜性,還具有簡單易於操作的優點。其公式如下:[η]=[(lnηr)/c]×η1/9r (10)當a ={[η]-(lnηr)/c } / [η] 在以下範圍時:1/36≤a ≤3/25 (0.02778~0.1200), 即可使用此公式, 且當a 越接近該範圍的中間數{(1/36+3/25)/2=2/27=0.074}時, 所得計算值與標準值越接近。當a 滿足以上條件時, 所得結果誤差均≤5%。

2.3 高分子化合物的平均摩爾質量與特性粘度

高分子化合物是由大量的一種或多種小單位聯結而成的, 假定一種高分子化合物的鏈節的摩爾質量是M(g/mol),試樣質量為m克(g),其中聚合度為i的大分子有ni摩爾( mol),其摩爾質量是Mi。它的質量mi是:mi=niMi(11)它的摩爾分數xi是:
xi=ni?ni (7)
它的質量分數wi是:
wi=mi?mi (8)
常用的3種平均摩爾質量其意義如下:
1. 數均摩爾質量n=n1M1+n2M2+…+niMin1+n2+…+ni=?niMi?ni=?xiMi
2. 質均摩爾質量m=m1M1+m2M2+…+miMim1+m2+…+mi=miMi?mi=?wiMi=niM2i?niMi
3. z均摩爾質量z=?(miMi)Mi?miMi=niM3i?niM2i(16)假如試樣的分子大小是均勻的(單分散體系),則各種平均值都一樣,即n=m=z ;一般高分子化合物都是多分散體系即分子大小是不均勻的。
這3種平均值大小是這樣,z>m>n ,分子愈不均勻,三者差別也愈大。需要說明的是這3個量的名稱、符號、定義和單位名稱、符號,國家標準中都沒有收載。

高分子聚合特性粘度測量儀器

鑒於測量高分子聚合物的特性粘度或者粘數,所使用的溶劑和溶液對人體傷害比較大,為了避免液體對操作者的傷害,從中國化纖檢測中心得知,深圳森鶴電子有限公司已經研製出全自動特性粘度測試儀,並在國內化纖、飲料、石化行業得到廣泛使用,在此把儀器的資料收集好,介紹給大家。

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