Лабораторная работа № 20 Определение молекулярной массы полимеров вискозиметрическим методом

Цель работы: определение молекулярной массы полимера вискозиметрическим методом.

Приборы и реактивы:

Термостат;

Вискозиметр;

Секундомер;

Груша резиновая;

Колба плоскодонная на 200 мл;

Магнитная мешалка;

Бюксы;

Каучук;

Толуол, метанол, пропанол

Ход определения

Подготовка раствора полимера

Для подготовки раствора полимера 1 гр. полимера, взвешенного на технических весах, растворяется в 100 мл растворителя. Если в качестве полимера используется каучук, для более быстрого растворения его нужно разрезать ножницами на мелкие кусочки. Для растворения рекомендуется использовать магнитную мешалку. После растворения полимера раствор фильтруется через воронку Шотта.

Если полимером служит каучук, то растворенный каучук фильтруют сначала через стеклянную вату, затем переосаждают, добавляя 100 мл метанола или пропанола к раствору каучука. Каучук при этом выпадает в виде белой студенистой массы, которую растворяют в новой порции растворителя (100 мл).

Определение концентрации подготовленного раствора полимера.

Три пустых бюкса объемом по 20 мл взвешивают на аналитических весах. Наливают в каждый бюкс по 10 мл подготовленного раствора полимера и снова взвешивают на аналитических весах. Затем растворитель выпаривают в вакуум-сушильном шкафу и после выпаривания бюксы снова взвешивают.

Результаты взвешивания заносят в таблицу 14.

Таблица 14

Определение исходной концентрации раствора полимера

№ бюкса	Вес пустого бюкса, г	Вес бюкса с раствором (10мл)	Вес бюкса с осадком	Вес осадка, г
1	29,5422	38,9062	29,5648	0,0226
2	30,1631	40,0005	30,2087	0,0456
3	31,5404	42,0033	31,5951	0,0547

Концентрация исходного раствора будет: (0,0456 + 0,0547): 2 = 0,05015 г/10 мл растворителя, в 100 мл – 0,5015

Примечание: Значение 0,0226 сильно отличается от двух других результатов, поэтому из расчетов оно исключено.

Определение характеристической вязкости

Для определения характеристической вязкости берут три бюкса объемом 20-30 мл и взвешивают на аналитических весах. Наливают раствор полимера:

В первый – 3 мл, во второй бюкс – 6 мл, в третий – 9 мл и снова взвешивают на аналитических весах. Затем доливают до 20 мл чистого растворителя, т_.е. в первый бюкс – 17 мл, во второй – 14 мл, в третий – 11 мл и опять взвешивают. Для каждого подготовленного таким образом разбавленного раствора определяют вязкость (время истечения) на вискозиметре.

Результаты заносят в таблицы 15 и 16.

Таблица 15

Подготовка растворов для определения характеристической вязкости

№ бюкса	Вес пустого бюкса, г	Вес бюкса с раствором (3,6,9 мл)	Вес бюкса с добавленным растворителем	Вес 3,6,9 мл раствора полимера	Вес 20 мл разбавленного раствора
	а	в	с	д = в - а	е = с - а
1	31,8042	34,0942	51,0050	2,29	19,2008
2	32,9853	38,0842	52,0044	5,0992	19,0194
3	31,8670	40,0062	51,0062	8,1392	19,1392

Таблица 16

Результаты определения характеристической вязкости (время истечения чистого растворителя – 69,3 с, исходная концентрация раствора С_о= 0,5015 г/дл)

№ бюкса	Коэффициент разбавления, д/е=к	Концентрация раствора в бюксе к Со= Ср-ра	Время истечения, t	t/ t0= ηотн	ηуд= ηотн-1	ηприв= ηуд/ Ср-ра
1	0,1192	0,05978	93,6	1,3506	0,3506	5,8648
2	0,2681	0,1344	122,6	1,7691	0,7691	5,7224
3	0,4253	0,2133	153,8	2,2193	1,2193	5,7163

Полученные значения приведенной вязкости наносят на график в координатах η_уд/С – С г/дл (рис.8) и экстраполяцией к нулевой концентрации определяют значение характеристической вязкости.

Рисунок 8 – Зависимость η_уд/С от концентрации для раствора полимера

Полученное значение характеристической вязкости [η] подставляем в формулу

[ η ]= К М^α,

Значение К и α для некоторых полимеров приведены в табл. 17.

Таблица 17

Значения констант К и α уравнения [ η ]= К М^α

Полимер	Растворитель	Кх103, мл/г	α
Полиизобутилен	бензол	61	0,56
	четыреххлористый углерод	29	0,68
	циклогексан	27,6	0,09
	толуол	20,0	0,67
Полиизопрен	толуол	20,0	0,726
Полибутадиен	Бензол	33,7	0,715
	толуол	30,5	0,725
Бутадиен-стирольный каучук	циклогексан толуол	31,6 37,9	0,7 0,71

В соответствии с графиком (рис.6) полученное значение характеристической вязкости для примера составляет 5,86 дл/г. Тогда [8]

5,86 дл/г = 20•10^-3мл/г•М⁰'⁷²⁸

586 мл/г = 20•10^-3 мл/г:М⁰'⁷²⁸

lg586 = lg20 -3 + 0,728 lgМ

2,7679 = 1,301- 3 + 0.728 lgМ

2,7679 + 1,7 = 0,7284 lgМ

lgМ = -4,4672/ 0,728=6,1372

М = 1372000

Контрольные вопросы:

1. Перечислите молекулярно-массовые характеристики полимеров?

2. Виды молекулярной массы полимеров и способы их определения?

3. Как готовится образец полимера при вискозиметрическом методе определения молекулярной массы?

4.Что такое характеристическая вязкость и метод его определения?