黏度法测高聚物分子量(最终版)

华南师范大学实验报告

学生姓名平璐璐学号20132401179

专业化学(师范) 年级、班级 13级一班

课程名称物理化学实验实验项目黏度法测定水溶性高聚物分子量

实验类型□验证□设计□综合实验时间 2016 年 4 月 7 日

实验指导老师林晓明实验评分

一、实验目的

1.测定多糖聚合物-右旋糖苷的平均分子量；

2.掌握用乌式黏度计测定黏度的原理和方法。

二、实验原理

高聚物摩尔质量不仅反映了高聚物分子的大小，而且直接关系到它的物理性能。与一般

的无机物或低分子的有机物不同，高聚物多是摩尔质量大小不同的大分子混合物，所以通常

所测高聚物的分子量是一种统计的平均分子量。

用粘度法测定的分子量称“黏均分子量”记作M η

高聚物稀溶液的黏度（η）是流体在流动时摩擦力大小的反映，这种流动过程中的内摩擦力主要有：纯溶剂间的内摩擦，也就是纯溶剂的粘度，记作η0，高聚物分子与溶剂分子间的内摩擦，以及高聚物分子间的内摩擦。这三种内摩擦的综合成为高聚物溶液的黏度η 实验证明，在相同温度下，η> η0，相对于溶剂，其溶液粘度增加的分数，称为增比粘

度，记作

sp η,

0sp r 00

11

ηηη

ηηηη-=

=-=-

r η称为相对粘度，即溶液粘度对溶剂粘度的相对值。

高聚物溶液的ηsp 往往随浓度增加而增大，为了便于比较，定义单位浓度的增比黏度ηsp /c 为比浓黏度，定义ln ηsp /c 为比浓对数黏度。当溶液溶液无限稀释，高聚物分子彼此相隔甚远，其相互作用可以忽略不计。此时比浓粘度趋近于一个极限值，即：

[η]称为特性粘度，在足够稀的溶液中,比浓黏度ηsp /c

和比浓对数黏度ln ηsp/c 与溶液的浓度有以下的关系（关系公式）：

[][]2

sp

K c

c

ηηη=+ [][]2

r ln B c

c ηηη=-

实验证明，当聚合物、溶剂和温度确定以后，特性粘度[η]的数值只与高聚物平均相

对分子量有关，它们之间的半经验关系可用方马克-霍温克方程（Mark-Houwin)来表示

M η

为平均分子量（黏均分子量），K 是比例常数，a 是与分子形状有关的经验参数。K 和a

值与温度、聚合物、溶剂性质有关，K 值受温度影响明显，而a 值主要取决于高分子在某温度下，某溶剂中舒展的程度。K 和a 数值只能通过其它方法确定（如渗透压法、光散射法等）。 本实验采用毛细管法测定黏度，通过测定一定体积的液体流经一定长度和半径的毛细管所需时间而获得。当液体在毛细管粘度计内因重力作用而流出时遵守泊肃叶（Poiseuille ）公式：

4r hg t

V m 8LV

8Lt πρρηπ=

-⋅

上式中： η为液体的粘度;ρ为液体的密度;L 为毛细管的长度;r 为毛细管的半径;

t 为V 体积液体的流出时间;V 为流经毛细管的液体体积;

h 为流过毛细管液体的平均液柱高度;m 为毛细管末端校正的参数。 泊肃叶（Poiseuille ）公式：

4r hg t

V m 8LV

8Lt πρρηπ=

-⋅

对于某一只指定的粘度计而言，上式中许多参数是一定的，因此可以改写成：

t B At -

=ρ

η 式中，B ＜1，当流出的时间t 在2min 左右(大于100s)，该项可以忽略，即η＝A ρt 又因通常测定是在稀溶液中进行(C ＜1×10-2g ·cm-3)，溶液的密度和溶剂的密度近

似相等，因此可将ηr 写成 ：

r 000At t

At t ρηρ=

≈

t 为测定溶液粘度时液面从a 刻度流至b 刻度的时间；t0为纯溶剂流过的时间。所

以通过测定溶剂和溶液在毛细管中的流出时间，从上式求得ηr ，再由外推法求[η]，进而分别计算得到ηsp 、ln ηsp /c 、ηr /c 值。

0sp r 00

11ηηη

ηηηη-=

=-=-

配置一系列不同浓度的高聚物稀溶液分别进行测定，以c

sp

η

和 c r

ηln 为同一纵坐

标，对c 作图，得到两条直线，分别外推至c=0处，两条直线应该在y 轴交汇于一点，截距即为A ，从而得到[η]。

ln r ηsp

C

η或

C

[]1A c η=

外推法求[(]值

乌氏黏度计

恒温水浴

砂芯漏斗（3#）

吸滤瓶（250ml）

抽气泵

移液管（2ml、5ml、10ml）

秒表

锥形瓶（100ml）

容量瓶（50ml）

烧杯（50ml）

右旋糖苷（A.R）

四、实验步骤

（一）溶液的配置

用分析天平准确称取2g右旋糖苷样品，倒入预先洗净的50ml烧杯中，加入约60ml 蒸馏水，在水浴中加热溶解至完全透明，取出自然冷却至室温，再将溶液移至100ml 容量瓶中，并用蒸馏水稀释至刻度。如溶液中有不溶物，则须用预先洗净并烘干的3号砂芯漏斗过滤装入锥形瓶中备用。

（二）黏度计的洗涤

先将黏度计用丙酮反复冲洗，使丙酮流过毛细管部分。

（三）测溶剂流出时间t0

本实验采用乌氏黏度计，它由三根管四个球组成，A管、F球装溶液，C管起平衡作用，B管、D球、E球、G球是粘度计的主体，D球和E球之间是一段毛细管，E球的上边和下边有两道刻度线，我们测定的就是液面流过这两道刻度线所用的时间。

开启恒温水浴和搅拌器电源，调节恒温水浴温度为37℃。在黏度计的B管和C管的上端套上干燥清洁的乳胶管，将黏度计放入恒温水浴中，在铁架台上调节好黏度计的垂直度和高度，使F球及其以下部分浸在水中，从A管加入10ml左右的蒸馏水，封闭C管，用洗耳球或针筒从B管将水吸至G球的中部，取下洗耳球或针筒，松开C管，此时水顺毛细管流下，当液面流经刻度线a时，立刻按下秒表开始计时，液面到刻度线b 时停止计时。记录流经a、b之间所需的时间。重复三次，偏差小于0.2s，取平均值即为t0。

（四）测溶液流出时间t

取出粘度计，倾去其中的水，用少量的无水酒精润洗黏度计，连接到水泵上让酒精从毛细管中抽出，然后在烘箱中烘干。重新安装好粘度计，用移液管取溶液10.0ml 小心注入粘度计内（不要将溶液粘在黏度计的管壁上），恒温5分钟，在溶液恒温过程中用溶液润洗毛细管。测定溶液的流出时间t，同样重复三次，偏差小于0.2s。依次分别小心加入2.0、3.0、5.0、10.0ml蒸馏水，按上述方法分别测定不同浓度时的t值。

每次稀释后都要将溶液在F球中充分搅匀。

五、实验记录及数据处理

1、实验数据及计算结果见下表（恒温槽温度：37℃）

为了作图方便，假定起始相对浓度是1，根据原理中的公式计算所得数据记录如下表:

ηsp