实验13粘度法测定高聚物分子量

对某一指定的粘度计而言，令 则上式可写为： t t

ghr4
8lv
mv ， 8l ，
对某一指定的粘度计而言，令 则上式可写为： t t
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8lv
mv ， 8l ，
式中β<1，当t>100s时，等式右边第二项 可以忽略。溶液很稀时ρ≈ρ0。这样，通 过测定溶液和溶剂的流出时间t和t0，就可 求 t
思考题
1.在乌氏粘度计中Ｃ管的作用是什么？能否将 Ｃ管去掉，为什么？ 2.高聚物溶液的η r、η sp、η sp/C和[η ]有什 么联系和区别？从溶液的内摩擦的角度考虑， 上述4个量各反映了什么内摩擦作用？ 3.试举例说明影响粘度测定的因素？粘度计毛 细管的粗细有何影响？ 4.为什么当C→0时，lim(η sp/C )=lim(lnη /C)？ 5.特性粘度[η]就是溶液无限稀释时的比浓粘 度，它和纯溶剂的粘度η0是否一样？为什么要 用[η]来测求高聚物的相对分子质量？
粘度法测定高聚物分子量
一、实验目的 三、药品仪器 五、实验记录 二、实验原理 四、实验步骤 六、数据处理
七、结果分析与讨论 八、注意事项 九、思考题
实验目的
1.测定线型高聚物聚乙烯醇的相对 分子质量的平均值； 2.掌握测量原理和使用乌氏粘度计 测定粘度的方法。
实验原理
相对分子质量是表征化合物特征的基 本参数之一，在高聚物的研究中，相对分 子质量是一个不可缺少的重要数据。它不 仅反映了高聚物分子的大小，而且直接关 系到高聚物的物理性能。 一般情况，高聚物的相对分子质量大 小不一，其摩尔质量常在103~107之间，通 常所测的高聚物摩尔质量是一个统计平均 值。
根据实验，在足够稀的溶液中有：
sp
C [ ] k[ ]2 C
ln r [ ] [ ]2 C C
sp
C 或 ln r C
sp
C
~C
[ ]
ln r ~C C
0
C g/100ml
当高聚物、溶剂、温度等确定以 后，值只与高聚物的相对分子质量M 有关。目前常用半经验的麦克非线性 方程来求得：

测定完浓度0.5g/100ml的溶液后，用移 液管吸取恒温槽中的容量瓶内的蒸馏水 5ml从A管加入，按住C管，用吸耳球由B 管口反复压吸溶液，使混合均匀。 测定方法如上。 依次加蒸馏水5ml、10ml、10ml。

实验数据记录
实验日期：
蒸馏水
；恒温槽恒温温度：
15ml0.5g/100ml 聚乙烯醇 +5ml 水 +5ml 水 +5ml 水
[ ] KM

[ ] M K
其中：25 ℃时，K=2.00×10-4，α =0.76； 30 ℃时，K=6.66×10-4，α =0.64。
文献值：
温度对PVA溶液粘度的影响
编 号 温度 ℃ 聚乙烯醇 g/100ml 正丁醇 ml [η] 分子量 (M)
1
2
25
30
0.5
0.5
0.25
计算
、 sp、
r
ln r sp 、 C C
15ml0.5g/100ml 聚乙烯醇
+5ml 水 0.375
+5ml 水 0.3
+5ml 水
+5ml 水
浓度C(g/100ml)

r
0.5
0.214 0.167
sp
ln r C
sp
C
正常状态
sp
C 或 ln r C
sp
但粘度法不是测定相对分子质量 的绝对方法，因为在此法中所用的粘 度与相对分子质量的经验公式要用其 他方法来确定。因高聚物、溶剂、相 对分子质量范围、温度等不同，就有 不同的经验公式。
高聚物在稀溶液中的粘度是它在 流动过程所存在的内摩擦的反映，这 种流动过程中的内摩擦主要有：溶剂 分子之间的内摩擦；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。 其中溶剂分子之间的内摩擦又称 为纯溶剂的粘度，以 0 表示；三种内 摩擦的总和称为高聚物分子间的内摩 擦，以 表示。
重点难点
重点：粘度法测量高聚物分子量
的原理与方法。 难点：乌氏粘度计的使用方法。
乌氏粘度计
0.25
0.9590 70478
0.7320 56439
实验结果与讨论
⑴结果：实测值为M= ⑵计算实验偏差： ⑶分析产生偏差的原因： ⑷有何建议与想法？
注意事项：
1.随着溶液浓度增加，高聚物分子之间 的距离逐渐缩短，因而分子间作用力 增大。当溶液浓度超过一定限度时， 高聚物溶液的η sp/C~C、lnη r/C~C的 关系不成线性。因此测定时要求最浓 溶液和最稀溶液与溶剂的相对粘度η r 在2.0~1.2之间； 2.温度波动直接影响溶液粘度的测定， 国家规定用粘度计测定相对分子质量 的恒温槽的温度波动为±0.05℃；
r
0
t0
药品仪器
1. 2. 3. 4. 5. 6. 乌氏粘度计； 恒温水槽一套； 秒表； 移液管、吸耳球、容量瓶等； 0.5g/100ml聚乙烯醇溶液、正丁醇(AR)； 等等。
乌 氏 粘 度 计
（实物图片）
C B A
G
a
E b
D
F
恒温水槽一套（实物图片）
玻璃温度计
接触温度计
电动搅拌器 加热器
测定高聚物相对分子质量的方法很 多，其中以粘度法最常用。因为粘度法 设备简单、操作方便、适用范围广（分 子量104~107）、有相当好的精确度。 测定粘度的方法主要有：⑴毛细管 法（测定液体在毛细管里的流出时间）；⑵落球 法（测定圆球在液体里下落速度）；⑶旋筒法 （测定液体与同心轴圆柱体相对转动的情况）等， 而测定高聚物溶液的粘度以毛细管法最 方便，本实验采用乌氏粘度计测量高聚 物稀溶液的粘度。
把乌氏粘度计固定在铁架上，放入恒温槽 中，恒温水浸没至粘度计的a线以上。从恒 温槽中的容量瓶内吸取15ml蒸馏水，从乌 氏粘度计的Ａ管注入，再恒温15min。 恒温15min后，用手按住Ｃ管，吸耳球放在 Ｂ管口，把溶液吸至Ｇ球，然后放开。 当溶液降至a线时，即按下秒表记时，至溶 液降至b线时，按下秒表结束实验。 重复测定三次，每二次间的时间相差不得 超过０.5秒，否则重测。
sp 随溶液浓度C而变化， sp与C
的比值 C 称为比浓粘度。 C 仍随C 而变化，但当C→0，也就是溶液无限 稀时， C 有一极限值，即：
sp
sp
sp
lim
C 0
SP
C
[ ]
[ ] 称为特性粘度，它主要反映无限稀
溶液中高聚物分子与溶剂分子之间的内摩 擦。因在无限稀溶液中，高聚物分子相距 较远，它们之间的相互作用可忽略不计。
[ ] KM

式中：M----高聚物相对分子质量的平均值； K----比例常数； α----与高聚物在溶液中的形态有关的经验参数。

当液体在毛细管粘度计内因重力作用而 流出时遵守泊塞勒（Poiseuille)定律：
ghr4t
8lv mv 8lt
式中：ρ为液体的密度；l为毛细管长度；r为毛细管半径； t为流出时间；h为流经毛细管液体的平均液柱高度； g为重力加速度；v为流经毛细管的液体体积； m为与仪器的几何形状有关的常数，r/l<<1时，可取m=1。
控温仪
实验步骤
打开搅拌器 控温仪开关 粘度计清 洗与烘干 调节恒温 温度25℃ 蒸馏水恒 温15min 聚乙烯醇恒 温15min
加蒸馏水
乌氏粘度计 测定粘度 记录时间
本步骤关键是：
⑴加热器插头必须插在控温仪的插 座上，不能直接插在其它电源上； ⑵控温仪的调节开关不能过大（即 加热功率），应小于５档（即放置 中间位置）； ⑶接触温度计的接线接到控温仪上。
实践证明：在同一温度下，高聚物溶 液的粘度一般要比纯溶剂的粘度大些，即 有 0 ，粘度增加的分数叫增比粘度 sp
sp
r 0
0 r 1 0
式中： 称为相对粘度，它指明溶液粘 度对溶剂粘度的相对值。 sp 则反映出扣除了溶剂分子间的内摩擦后， 纯溶剂与高聚物分子之间，以及高聚物分 子之间的内摩擦效应。

用蒸馏水清洗三次以上，并观察蒸馏 水在毛细管中流下的情况。 用电风吹吹干乌氏粘度计，关键是毛 细管内的水份。 在测定蒸馏水（纯溶剂）时，可以不 吹干。

调节接触温度计至25℃或30℃ （以玻璃温度计上的温度为准）
用100ml的容量瓶装上蒸馏水，放
置恒温槽内恒温15min以上，则可 以用它测定蒸馏水的粘度。

同理，用移液管吸取15ml已配好的0.5g/100ml 的聚乙烯醇溶液，从粘度计A管注入，再滴加2 滴正丁醇，恒温20min。 恒温20min后，用手按住Ｃ管，吸耳球放在Ｂ 管口，把溶液吸至Ｇ球，然后放开。 当溶液降至a线时，即按下秒表记时，至溶液 降至b线时，按下秒表结束实验。 重复测定三次，每二次间的时间相差不得超过 1秒，否则重测。
3.毛细管粘度计的选择，即毛细管的直 径、长度以及Ｅ球体积的选择，应根 据所用溶剂的粘度而定，使溶剂流出 时间在100s以上； 4. 在特性粘度测定过程中，有时并非操 作不慎才出现各种异常现象，而是高 聚物本身的结构及其在溶液中的形态 所致，目前尚不能清楚地解释产生这 些反常现象的原因。因此出现异常现 象时，以η sp/C~C曲线且由截距求[η ] 值；
C
~C
[ ]
ln r ~C C
0
sp
C ~C
C g/100ml
、
ln r ~C C
关系 图
异常现象
sp
C ln r C
或
[ ]
红色线代表
sp
C
C g/100ml
~C
绿色线代表
ln r ~C C
[ ]
的值以
sp
C
~C
关系线为准
[ ]
的值以
sp
C
~C
关系线为准wenku.baidu.com
℃。
+5ml 水
t0(s) 1 2 3
平均值
t1(s)
t2(s) t3(s) t4(s) t5(s)
数据处理
1.计算
、 sp、
r
ln r sp 、 C C
2.作 3.确定 [ ] 值； 4.计算聚乙烯醇相对分子质量； 5.文献值。
sp ln r ~ C、 ~C C C
； 图；