Лабораторная работа 3
Определение молекулярной массы поливинилового спирта вискозиметрическим методом
Цель работы: Определить средневязкостную молекулярную массу поливинилового спирта 
, используя уравнение Марка-Куна-Хувинка
Теоретическая часть.
- Относительная вязкость (зотн.) – это величина, равная отношению вязкости раствора полимера (зi) к вязкости растворителя (з0) при одинаковых условиях. Так как концентрации растворов, используемые для определения вязкости, обычно очень малы (меньше 1 г/100 мл), то можно приближенно считать, что плотности раствора и растворителя одинаковы. Это позволяет заменить соотношение вязкостей раствора и растворителя соотношением времен истечения в капилляре ф и ф0. Тогда
ηотн i = η i / η0 = τ i /τ0
- Удельная вязкость (зуд) – отношение разности вязкостей раствора и растворителя к вязкости растворителя:
ηуд. i = (η i -η0)/ η0= (τ i - τ0) / τ0 = ηотн i – 1
- Приведенная вязкость (зприв) – отношение удельной вязкости раствора полимера к его концентрации.
ηприв i = ηуд. i / С i
- Характеристическая вязкость [з] – предельное отношение зуд/С при концентрации раствора, стремящейся к нулю. Её определяют путем графической экстраполяции значений зуд/С, полученных для нескольких концентраций:
[η] = lim (ηуд. i / С i) = lim(ηприв i)
С→0 С→0
Рис.1 Зависимость приведенной вязкости от концентрации раствора полимера
Зависимость между [з] и молекулярной массой выражают уравнением Марка-Куна-Хувинка:
[з] = К ·
б
где К и б – константы для данной системы полимер-растворитель при определенной температуре; б – величина, связанная с гибкостью цепей и характеризующая форму макромолекул в растворе (0,5-0,8).
Применительно к поливиниловому спирту (растворитель – вода) уравнение Марка-Куна-Хувинка имеет вид:
- для температуры 20°C: [з] = 8,86 ·10-4 ·
0,72 для температуры 25°C: [з] = 3,0 ·10-4 · 
0,5 (для ПВС с молекулярной массой 8500 - 1 700 000) для температуры 25°C: [з] = 5,95 ·10-4 · 
0,63 (для ПВС с молекулярной массой 11600 - 195 000) Реактивы и оборудование:
- Поливиниловый спирт (ПВС) Вода дистиллированная Хромовая смесь Весы аналитические Колба мерная с пробкой, 50 мл -5-6 штук Стакан химический, 200 мл Баня водяная Термостат водяной Термометр спиртовый, 0-100°C Вискозиметр ВПЖ-2, диаметр капилляра 0,56 или 0,73 мм Цилиндр мерный, 20, 50 мл Насос для пипетки Воронка Штатив лабораторный Секундомер
Выполнение работы
1. Подготовка вискозиметра
Викозиметр тщательно моют горячей хромовой смесью, затем большим количеством горячей воды, ополаскивают дистиллированной водой и сушат.
2. Приготовление серии растворов полимера.
Навеску поливинилового спирта, заданную преподавателем, взвешивают на аналитических весах и переносят в мерную колбу емкостью 100 мл. Добавляют в колбу небольшое количество дистиллированной воды и растворяют навеску на водяной бане при температуре 70-80°C. Полученный раствор охлаждают до комнатной температуры и доводят объем до метки дистиллированной водой. Содержимое колбы тщательно перемешивают.
* При необходимости содержимое колбы фильтруют на воронке Бюхнера через тканевый фильтр (капрон)
Путем разбавления приготовленного исходного раствора готовят растворы ПВС меньших концентраций. Концентрацию исходного и приготовленных растворов выражают в г/100мл.
Концентрацию получаемых растворов Сi рассчитывают по формуле:
где Снач – концентрация исходного раствора, г/100мл; Vi – объем аликвот, взятых от исходного раствора для разбавления, мл; 50 – объем мерных колб для приготовления разбавленных растворов, мл
Таким образом, получают 5-6 растворов для измерения вязкости, включая исходный раствор.
* Навеску полимера подбирают таким образом, чтобы для исходного раствора полимера относительная вязкость зотн была равна 1,5 при температуре измерения.
3. Проведение измерений времени истечения, расчет вязкости и средневязкостной молекулярной массы.
- Определение времени истечения чистотго растворителя
В вискозиметр через широкую трубку с помощью воронки заливают 15 мл дистиллированной воды, устанавливают вискозиметр в термостат и выдерживают при температуре измерения 10-15 минут. С помощью насоса для пипетки через трубку меньшего диаметра вискозиметра заполняют капилляр и шарики (второй – до середины) водой. Промывают капилляр, пропуская через него 2 раза воду.. После этого снова заполняют капилляр и измерительный шарик. Затем по секундомеру отмечают время, в течение которого вода проходит расстояние от верхей до нижней метки измерительного шарика. Время истечения определяют не менее 3 раз и берут среднее значение.
Если результаты измерений отличаются более, чем на 0,2 сек., то их отбрасывают и, соответственно, увеличивают число измерений.
Определив время истечения чистого растворителя ( воды) ф0, сливают его из вискозиметра. Остатки воды выдавливают с помощью насоса.
- Определение времени истечения приготовленных растворов
В вискозиметр заливают 15 мл приготовленного раствора наименьшей концентрации, устанавливают его в термостат. После 10-минутного термостатирования промывают капилляр и измерительный шарик раствором и измеряют три раза время истечения раствора фi. Рассчитывают среднее значение.
Измерение проводят аналогично со всеми приготовленными растворами ПВС.
Результаты измерений вносят в таблицу.
Таблица 1
Время истечения растворителя и растворов при измерении вязкости
Концентрация раствора, Сi, г/100 мл | Время истечения, с | Среднее время истечения, с |
ф1 | ф2 | ф3 |
0 | ||
С1 = | ||
С2 = | ||
С3 = | ||
С4 = | ||
С5 = |
Для раствора каждой концентрации проводят 3 измерения и определяют среднее значение.
- Расчет относительной, удельной, приведенной вязкости для каждого из растворов ПВС
Таблица 2
Данные вискозиметрических исследований
Концентрация исследуемого раствора, Сi, г/100 мл | Среднее время истечения, с | Вязкость | ||
Дист. воды, ф0 | исследуемых растворов, фi | относительная, ηотн i | удельная, ηуд. i | приведенная, ηприв i, 100 мл/г |
С1 = | ||||
С2 = | ||||
С3 = | ||||
С4 = | ||||
С5 = |
- Построение графика для нахождения характеристической вязкости
По полученным данным строят графическую зависимость приведенной вязкости ηприв i от концентрации раствора ηприв i = f (Ci) и находят значение характеристической вязкости [з].
- Расчет средневязкостной молекулярной массы ПВС
Молекулярную массу поливинилового спирта рассчитывают по одной из выше приведенных формул Марка-Куна-Хувинка с учетом температуры проведения эксперимента.
