Лабораторна робота №2 визначення молекулярної маси полімерів віскозиметричним методом

Мета роботи: Ознайомитись із методами визначення молекулярної маси полімерів. Визначити молекулярну масу полімеру за допомогою віскозиметричного методу.

Прилади та реактиви: Термостат, контактний термометр, секундомір, віскозиметр, груша гумова, піпетки на 10 мл, ПВС 0,5%, вода дистильована.

Завдання до роботи

1. Визначити час витікання розчинів (t, с).

2. Розрахувати відносну (ц_від), питому (n_ra/n), характеристичну [ц] в'язкості полімеру.

3. Побудувати на міліметровому папері графік залежності питомої в'язкості полімеру від концентрації розчину, за яким визначити граничну в’язкість полімеру.

4. За формулою [2] розрахувати молекулярну масу полімеру.

5. Зробити висновки по роботі.

Теоретичні відомості

Основними методами визначення молекулярної маси, що грунтуються на вивченні властивостей розведених розчинів, є наступні методи: осмометричний, світлорозсіяння, віскозиметричний, ультрацентрифугування та дифузії.

Важливим процесом при визначенні молекулярної маси є фракціонування полімерів. Фракціонування - це розділення полімеру на частини (фракції), що мають приблизно однакову молекулярну масу, ступінь стереорегулярності (для гомополімерів) або склад (для гетерополімерів). Фракціонування застосовують для одержання гомогенних фракцій полімерів у відносно великих кількостях, необхідних для встановлення характеру взаємозв'язку між молекулярною масою (або складом для співполімерів) та фізичними властивостями полімеру.

Полімери є полідисперсними речовинами, тому для них можливо визначити середню молекулярну масу, що змінює свої числові значення при вимірюванні різними методами. Користуючись одним із методів, можна визначити середньочисельну молекулярну масу, користуючись іншим - середньовагову.

Осмометричний метод дає середньочисельне значення молекулярної маси, що пов'язано із залежністю осмотичного тиску від мольної концентрації, тобто від числа молекул. Метод світлорозсіяння дає середньовагове значення. Близькими до середньовагового є значення молекулярної маси, визначені за методом ультрацентрифугування і дифузії. При вимірюванні молекулярної маси віскозиметричним методом одержують середньов'язкісну молекулярну масу.

Віскозиметричний метод визначення молекулярної маси ґрунтується на залежності в'язкості розведених розчинів полімерів від молекулярної маси. Для розрахунків за цимметодом використовують рівняння 1:

[n]=к_тм^а,(1)

де [n] - характеристична в'язкість;

Kmі а - сталі величини для системи полімер - розчинник. Для полівінілового спирту К_m=3,6*10^-4, а=0,54. Для поліакрилової кислоти К_m=4,5 • 10⁵, а=0,78; М - молекулярна маса полімеру.

Логарифмуючи рівняння (1), одержуємо рівняння прямої лінії: lg[n_гран]=lgK_m+a*lgM. Розраховуємо молекулярну масу полімеру за формулою (2):

lgM = (lg[n_гран] - lgK_m) / a (2)

Порядок виконання роботи

Швидкість витікання розчинника і розчину полівінілового спирту вимірюють за допомогою віскозиметра, який вміщують у термостат. Спочатку вимірюють швидкість витікання розчинника (дистильована вода). Для цього 10 мл води заливають у широке коліно віскозиметра. За допомогою гумової трубки засмоктують розчинник у вузьке коліно віскозиметра трохи вище відмітки над кулеподібним розширенням. Засмоктування припиняють і розчинник одразу починає перетікати у широке коліно. Як тільки рівень рідини торкнеться верхньої позначки, включають секундомір та починають вимірювання витікання розчину до нижньої позначки. Вимірювання проводять тричі. Потім розчинник виливають із віскозиметра і таким же чином вимірюють час витікання розчинів полімеру (полівінілового спирту) наступних концентрацій: 0,5%; 0,25%; 0,125%; 0,0625%. Останні одержують шляхом розведення розчину концентрації 0,5%. Спочатку у віскозиметр заливають 10 мл дистильованої води (одержують розчин 0,25%) і знову проводять вимірювання. Потім 10 мл розчину полімеру забирають з віскозиметру і додають 10 мл води (одержують розчин полімеру 0,125%). Аналогічно одержують розчин концентрації 0,0625%. Вимірювання часу витікання розчинів усіх концентрацій проводять тричі.

Після цього розраховують відносну в'язкість (n_від) для усіх концентрацій за формулою:

n_від= t_р-ну / t_р-ка

де т - час витікання розчину і розчинника, с. Значення питомої в'язкості (n_пит) розраховують за формулою:

n_пит= n_від -1 = (t_р-ну / t_р-ка) -1

Результати вимірювання та розрахунків заносять до таблиці 1.

Таблиця 1 - Результати проведених досліджень

Концентрація розчину, %	t1, ,c	t2, ,c	t3, ,c	tср,c	nвід	nпит
Н2О
0,5% ПВС
0,25% ПВС
0,125% ПВС
0,0625% ПВС

На підставі одержаних результатів будують графік залежності г\_х=ї{С). За допомогою екстраполяції одержаної прямої до нульової концентрації знаходять

Графік залежності питомої в'язкості полімеру від концентрації розчину

Питання для підготовки

1. Охарактеризувати методи визначення молекулярної маси полімерів.

2. Фракціонування полімерів, характеристика методів фракціонування.

3. Розчини полімерів, їх властивості та застосування.

4. Навести приклади розчинників для ПВС.

Література: [1, с. Ш-114, 317-322]; [3, с. 21]; [4, с. 36, 294-297, 400-415]; [6, с. 16-18].