XÁC ĐỊNH TRỌNG LƯỢNG PHÂN tử POLIMER BẰNG PHƯƠNG PHÁP đo độ NHỚT

Báo cáo tiểu luậnXÁC ĐỊNH TRỌNG LƯỢNG PHÂN TỬ POLIME BẰNG PHƯƠNG PHÁP ĐO ĐỘ NHỚT... Tổng quan về phương pháp đo độ nhớt Trọng lượng phân tử polime có thể xác định bằng nhiều phương phá

Môn : Hóa lý

Polymer

Giảng viên hướng dẫn: GV La Thị Thái Hà

Lớp Hóa lý Polymer Trường Đại học Bách Khoa TP HCM

Ngày thuyết trình : 17/4/2018

1

Báo cáo tiểu luận

XÁC ĐỊNH TRỌNG LƯỢNG PHÂN

TỬ POLIME BẰNG PHƯƠNG

PHÁP ĐO ĐỘ NHỚT

2

I.Tổng quan

II.Cơ sở lý thuyết III.Dụng cụ đo

IV.Ví dụ

I Tổng quan về phương pháp đo

độ nhớt

Trọng lượng phân tử polime có thể xác định bằng nhiều phương pháp khác nhau dựa vào sự phụ thuộc của một đặc trưng vật lí nào đó của hợp chất polime vào phân tử khối của nó Các đặc trưng đó có thể là áp suất thẩm thấu, độ phân tán ánh sáng, độ nhớt, độ giảm nhiệt độ đông đặc, độ tăng nhiệt độ sôi v.v Nhiều nhà sản xuất hiện nay coi độ nhớt (viscometers) như một phần quan trọng của chương trình nghiên cứu, phát triển, và kiểm soát quá trình của họ

Phương pháp đo độ nhớt là phương pháp đơn giản, đáng tin cậy để phân tích một

số yếu tố quan trọng nhất ảnh hưởng đến hiệu suất sản phẩm

Đây là phương pháp cổ điển nhưng rất phổ biến cho đến ngày nay do dễ sử dụng, được xây dựng bởi Staudinger và Heuer từ năm 1930

Phương pháp đo độ nhớt cho phép đánh giá phân tử khối trong khoảng tương đối rộng (M = ), tuy nhiên phương pháp này không hoàn toàn chính xác

Trước hết ta hãy xét một số định nghĩa chung về độ nhớt như: độ nhớt tương đối,

độ nhớt riêng, độ nhớt rút gọn và độ nhớt đặc trưng

Nếu gọi η0 là độ nhớt của dung môi, và η là độ nhớt của dung dịch polyme Khi đó độ nhớt tương đối của dung dịch polymer sẽ là:

Phương trình Einstein cho kết quả tốt với các hạt hình cầu của dung dịch thật và dung dịch keo nhưng lại không phù hợp kết quả thực nghiệm với dung dịch các chất có phân tử duỗi dài

Staudingher đã giả định rằng các đại phân tử trong dung dịch có dạng thẳng cứng

và đề xuất rằng độ nhớt riêng được xác định không phải bằng thể tích thật của dung dịch mà bởi thể tích hiệu dụng của nó V=

m là khối lượng phân tử polyme.

M là phân tử khối của polyme

NA là số Avogadrô

N=

Trong đó

Trong phạm vi một dãy đồng đẳng thiết diện như nhau (π.=const) nên

trọng lượng phân tử sẽ tăng tỉ lệ với độ dài của nó tức là l=k’.M Như

vậy:

Thay giá trị φ vào phương trình Einstein ta được phương trình Staudinger:

ηsp=k.k”.M.c=.M.c (=k.k”)

k’’

Phương trình Staudinger có thể viết lại như sau:

Đại lượng được gọi là độ nhớt thu gọn

Bằng cách xác định ứng với một vài nồng độ rồi ngoại suy đồ thị tới C=0 để tìm độ nhớt đặc trưng

Từ độ nhớt đặc trưng mới xác định trọng lượng phân tử

=

]=( =Km.M

Giả thiết của Staudinger về dạng duỗi thẳng của đại phân

tử trong dung dịch chỉ đúng với các mạch cứng Các đại phân tử mềm dẻo thường cuộn lại trong dung dịch và ma sát nội (độ nhớt) phụ thuộc rất lớn vào các cuộn này Vì vậy dù thay độ nhớt thu gọn bằng độ nhớt đặc trưng (có nghĩa là dung dịch được pha rất loãng tới mức các đại phân tử không tương tác với nhau) cũng không thể tính chính xác trọng lượng phân tử của bất kì phân tử polyme

nào.

Trên thực tế người ta sử dụng phương trình Staudinger tổng quát: (Phương trình Mark– Houwink–Sakurada)

Trong đó:α là hằng số tính đến mức độ cuộn lại của các phân tử trong dung dịch

là hằng số đặc trưng cho từng dãy đồng đẳng polyme và dung môi

Với những phân tử cứng như những thanh thẳng có α=1 Với những phân tử mềm dẻo có dạng gần hình cầu thì

α=0,5

Kết quả nghiên cứu chi tiết cho thấy các phân tử cao su có α=0,64-0,67, còn các phân tử xenlulo cứng hơn có α=0,81 Phân tử nitroxenlulo cứng hơn nữa nên trong dung dịch axeton α~1 Khi trọng lượng phân tử giảm xuống, khả

năng cuộn lại của đại phân tử giảm đi, do đó giá trị α tiến dần tới 1.

•  

Muốn xác định độ nhớt đặc trưng cần biết thời gian chảy qua mao quản của nhớt kế ở nhiệt độ xác định của cùng một lượng dung dịch () và dung môi ()

Trên cơ sở thời gian chảy và , gọi:

Độ nhớt đặc trưng được xác định từ đường Huggins và

đường Kraemer Đường Huggins biểu diễn sự phụ thuộc của độ nhớt rút gọn vào nồng độ, còn đường Kraemer biểu diễn sự phụ thuộc của độ nhớt cố hữu vào nồng độ

Ngoại suy 2 đường này về tung độ góc sẽ được độ nhớt đặc trưng

•  

III.Dụng cụ đo

độ nhớt

1)Nhớt kế

Cách tiến hành

-Đo thời gian chảy (bằng giây) một thể tích bằng nhau của dung môi nguyên chất và của dung dịch polyme t qua mao quản của nhớt kế ở nhiệt độ nhất định

-Sử dụng công thức để tính độ nhớt và trọng lượng phân tử

Ưu nhược điểm

• 2)Máy đo đô nhớt trục quay( giới thiệu thêm)

IV.Ví dụ về phương pháp đo độ nhớt

a) Xác định phân tử khối Polystyren (atactic) ở nhiệt độ

giá trị trung bình (chú ý thời gian mỗi lần đo không được khác nhau quá 0,2

giây) Giá trị đo được là thời gian to

− Tiến hành đo các dung dịch từ loãng đến đặc (không cần tráng nhớt kế) như đã

làm ở trên, mỗi dung dịch phải đo 4 ÷ 5 lần để lấy giá trị t trung bình.

TT Nồng độ C(g/100ml) Thời gian chảy (giây) η (=) rel (=η η rel-1 sp )

1 Dung môi toluen

2 0,2 polystyren trong toluen

3 0,4 polystyren trong toluen

4 0,6 polystyrentrong toluen

5 0,8 polystyren trong toluen

6 1 polystyren trong toluen

Số

TT Nồng độ C(g/100ml) Thời gian chảy (giây) (=η η rel-1 sp )

1 Dung môi toluen

2 0,2 polystyren trong toluen

3 0,4 polystyren trong toluen

4 0,6 polystyrentrong toluen

5 0,8 polystyren trong toluen

6 1 polystyren trong toluen

Đồ thị − C

b) Xác định phân tử khối Polystyren (atactic) trong benzene

bằng nhớt kế Ubbelohde

• 0.1 g atactic polystyrene chưa biết khối lượng phân tử pha vào

100 ml benzene Hằng số Mark-Houwink cho hệ thống này là

a = 0.73 and K = 11.5 10-3 Để đo khối lượng phân tử cần đo độ nhớt của cả dung môi và dung dịch Kết quả đo thời gian chảy

bằng nhớt kế Ubbelohde:

Dung môi benzene: 100 giây

Dung dịch polystyrene : 160 giây

• Độ nhớt được tính như sau:

ηrel = t / t0 = 160 / 100 = 1.6

ηsp = ηrel- 1 = 0.6

ηrg = ηsp / C = = 600 ml/g

• Giả sử nồng độ tiến về 0 ta có [η] ≈ 6.0 102 ml/g, Khối lượng phân tử

có thể được tính bằng công thức Mark-Houwink :

[η] = K Ma

 600 = 11.5 10-3 M0.73 ⇒ M =  2.9106 g/mol

•  

Tài liệu tham khảo

• 4)

https://123doc.org/document/2069556-thuc-hanh-cac-qua-trinh-co-ban-tro ng-cong-nghe-thuc-pham-bai-2-pot.htm

• 5) Giáo trình Hóa Học và Hóa Lý Polyme (Phan Thanh Bình)

• 6) http://polymerdatabase.com/polymer%20physics/MH%20Table.html

%20physics/Solution_Viscosity.html

"XIN CHÂN THÀNH CẢM ƠN CÔ VÀ CÁC BẠN Đã LắNG NGHE !"