关于聚丙烯酰胺溶液粘度性质的探讨

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关于聚丙烯酰胺溶液粘度性质的探讨:

关于聚丙烯酰胺溶液粘度性质的探讨,测定并比较了聚丙烯酰胺溶液的特性粘数及其旋转粘度,bbo必博_bbo必博官网_bbo必博娱乐:表明二者之间在质量浓度为 (0.0006~ 0.0010 g/mL)范围内具有良好的线性关系.此规律可用于将实测聚丙烯酰胺溶液的旋转粘 度转化为其分子量予以表征,从而为快速检测聚丙烯酰胺的分子量提供了方法,同时本实验还考察了 聚合物浓度和剪切速率对旋转枯度的影响.

线性聚丙烯酰胺是水溶性聚合物中应用最为 广泛的品种之一.主要应用于采油、水处理、矿业和 造纸工业等方面.其溶液粘度是一个具有实用意义 的参数.通过对其粘度的测定,关于聚丙烯酰胺溶液粘度性质的探讨,不仅可以计算聚合 物的分子量,而且还可以了解分子链在溶液中的形 态,以及支化程度等情况.因此,溶液粘度的测定是 科研生产中不可缺少的手段[1].
当采用稀释法测定高聚物的分子量时,每个样 品至少要测3~ 5个不同质量浓度溶液的相对粘 度.花费时间较多,处理数据也比较麻烦.生产上为 了控制产品的质量,需要迅速计算分子量,就不便 采用稀释法来测聚合物的分子量.
使用旋转粘度计所测量的结果,可直接以绝对 粘度的单位从仪器中读出,重复性好.因此,设想根 据特性粘数与旋转粘度的对应关系,通过测定旋转 粘度来找出相同条件下该溶液的特性粘数,就可以 快速得知该聚合物得分子量.本文通过大量实验, 得出聚丙烯酰胺溶液在一定浓度及温度下特性粘 数与旋转粘度的关系,及剪切速度对粘度的影响.
1实验部分
1.1仪器及药品
非离子型聚丙烯酰胺(广州南中),氯化钠(分 析纯);
NDJ- 1型旋转粘度计,乌氏粘度计 浴.
1.2测量方法
收稿日期:2002- 12- 15.
作者简介:郑辉U971-:),女,黑龙江省科学院技术物理研宄所助理研究员,研究方向:辐射化学.
1.2. 1特性粘数测定
采用GB 12005.1- 89规定的稀释型乌氏粘度 计[2],以1 mol氯化钠溶液作为溶剂,测定质量浓度 在0.6xl〇 3~ l.〇xl〇 3 ^mL之间不同分子量的 聚丙烯酰胺溶液的流出时间,再根据一点法求出其 特性粘数[n].温度为3〇 °c,质量浓度单位为§/ mL.
1.2.2旋转粘度测定
采用NDJ- 1型旋转粘度计,用0号转子在同 一转速(30 r/min),温度为30 °C时测定上述溶液的 旋转粘度,然后再改变转速(6、12、60 r/min)测定其 旋转粘度R
2结果与讨论
2.1特性粘数与旋转粘度的关系
高分子溶液的粘度依赖于温度、质量浓度、剪 切速率等因素.根据高分子稀溶液理论,当高分子 溶液的粘度依赖于切变速率时,只有用零切变速度 下的特性粘数表示于粘均分子量之间的关系才是 正确的.由高分子溶液流变学得知,即使在低切变 速率区粘度和切变速度亦不成线性关系.然而原则 上可以肯定当切变速度足够小时,总可以达到一个 区域,此时粘度值和零切变速度的粘度值接近.如 果能在这样的区域中测量,一点法对结果的准确性 的影响是不大的[3].
实验测定了不同质量浓度时聚丙烯酰胺溶液 的特性粘数[n]与旋转粘度n的关系见图1.
测定聚丙烯酰胺溶液粘度的质量浓度选择在 0. 000 6~ 0. 001 0 g/mL范围内.由图1可见,特性
粘数与旋转粘度成直线关系.随特性粘数的升高, 旋转粘度增大,关于聚丙烯酰胺溶液粘度性质的探讨,且直线斜率升高.虽然特性粘数与 旋转粘度的测定方法和数值不同,但二者都是高分 子溶液内摩擦阻力的反应.特性粘数是溶液处于静 态时测定的,受外界条件的影响较小,温度不变,其 值一般不变,它消除了质量浓度的影响.而旋转粘 度是溶液处于动态时测定的,受外界条件的影响较 大,温度、剪切速度都会对它产生很大的影响,但从 本质上讲,二者有一定的内在联系[41 .特性粘数与 旋转粘度之间的关系见图1.
2.2粘度与剪切速率的关系
剪切速率对聚丙烯酰胺溶液的粘度有很大的 影响.下面分别讨论剪切速率对同一分子量样品在 不同质量浓度下粘度的影响,及剪切速率对不同分 子量样品在同一质量浓度下粘度的影响.
2.2.1剪切速率对同一分子量样品在不同质量浓 度下粘度影响
相同分子量的聚丙烯酰胺在不同质量浓度下 的n与剪切速率的关系见图2.由图可知,随着旋 转数即剪切速率的增加,粘度下降,且粘度下降到 某一定程度后趋于平缓.对同一分子量的溶液,质 量浓度越高,下降趋势越明显.
3.6
图2不同浓度下剪切速率与旋转粘度的关系
[吓=887, 4?分别表示质量浓度为 0? 000 6~ 0_ 001 0 g/mL
Figure 2 The effect of shearing rate on rotary viscosity at different mass concentration
2.2.2剪切速率对不同分子量的样品在同一质量 浓度下粘度影响
不同分子量的聚丙烯酰胺在相同质量浓度下 的II与剪切速率的关系见图3.由图3可矢 转数即剪切速率的增加,粘度下降,且粘j 某一定程度后,趋于平缓,分子量越高,下 明显.
聚丙烯酰胺在溶液中其高分子链呈:
规统计线团状.但线团所占的体积要比纯
团所占有的体积大得多,这是因为这些线团被溶剂 化,即它们被溶剂所饱和.由此可见,在溶液中聚合 物以被溶剂饱和的线团形式存在.也就是说,线团 和存在于线团内的溶剂可以成为一个运动单元.当 溶液受到的剪切速率增大时,迫使低分子量物质 (溶剂)从原来稳定的体系中分离出来.这些溶剂原 来已经渗透到大分子线团的内部,并被聚合物大分 子溶剂化,形成均匀的稳定体系.溶剂的被迫挤出 导致体系的破坏,线团的尺寸缩小.由于在这些线 团之间分布了更多的溶剂,从而使这个线团的流动 阻力大大减小.因此,体系表现为粘度下降[5].
6 2
图3不同分子量下剪切速率与旋转粘度的关系 C= 0.000 9 g/mL 4?E分别表示 [吓=887,109 6,137 6,159 9 Figure 3 Effect of shearing rate on rotary viscosity for different molecular weight
对同一分子量的聚丙烯酰胺溶液,质量浓度越 大,单位体积中线团数目越多,内含溶剂的分子数
量也越多.受剪切作用时,相对于质量浓度小的溶 液被挤出的内含溶剂的分子数也就越多,线团之间 分布的溶剂分子数目增加得越多.因此,表现为粘 度下降的趋势越明显.对同一质量浓度下的聚丙烯 酰胺溶液,分子量越高,线团的体积越大,其内含溶 剂的分子数目也越多.在受剪切作用时,关于聚丙烯酰胺溶液粘度性质的探讨,相对于分 子量小即内含溶剂分子数少的溶液,被挤出的溶剂 分子数越多,线团之间分布的溶剂分子数增加得越 快.因此,分子量越高,粘度对剪切作用越敏感.这 表明,分子量越高的聚丙烯酰胺溶液非牛顿性越 强,相反分子量越低越接近牛顿流体.
3结语
以上结果表明,在较低的质量浓度范围内,聚 丙烯酰胺溶液(1 mol氯化钠-水)的特性粘数[n:| 与旋转粘度n呈线性关系,因此,可由粘度n的测 定结果得知相同条件下的特性粘数值[n],进而计 算其分子量.
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