粘度法测分子量

一、实验目的

1、掌握用粘度法测定高分子化合物相对分子量的原理。

2、用乌氏粘度计测定聚乙烯醇溶液的特性粘度，计算其粘均相对分子量。

二、实验原理

高分子化合物相对分子量对于高分子化合物溶液的性能影响很大，是个重要的基本参数。一般高分

子化合物是相对分子量大小不同的大分子的混合物，相对分子量常在103～107之间，所以通常所测高分

子化合物相对分子量是平均相对分子量。

测定高分子化合物相对分子量的方法很多，不同方法所测得的平均相对分子量有所不同。粘度法是

常用的测定相对分子量的方法之一，粘度法测得的平均相对分子量称为粘均相对分子量。

高分子化合物溶液的粘度比一般较纯溶剂的粘度大得多，其粘度增加的分数称为增比粘度，

其定义为：

式中，称为相对粘度。增比粘度随粘液中高分子化合物的浓度c增加而增加。为了便于比较，定

义单位浓度的增比粘度/c为比浓粘度，它随溶液浓度c改变而改变。当浓度c趋于零时，比浓粘度的

极限值为[]，[]称为特性粘度，即：

式中溶液浓度c习惯上取质量浓度（单位为或）。特性粘度[η]可以作为高分子化合

物的平均相对分子量的度量。根据实验结果证明，任意浓度下比浓粘度与浓度的关系可以用经验公式表

示如下：

因此，利用/c对c作图，用外推法可求出[η]。

当c趋近于0时，（ln）/ c的极限值也等于[η]，可以证明如下：

当溶液浓度c很小时，忽略高次项，则得：

当溶液浓度较小时，（ln）/c对c作图，也得一条直线，其截距也等于[η]，见图S3-1。

[η]单位和数值，随溶液浓度的表示法不同而异，[η]的单位为浓度单位的倒数。

在一定温度和溶剂条件下，特性粘度[]与高聚物的相对分子质量M间关系通常用下列经验方程式表

达：式中K和α 是与温度、溶剂及高聚物本性有关的常数。通常对于每种高聚物溶液，要用已

知平均相对分子量的高聚物求得K、α值。然后，用此K、α值及同种待测高聚物溶液的特性粘度实验值，

可求得此待测高聚物的粘均相对分子量。在确定K、α值时，已知的平均相对分子量是用其他方法测得的。

对于许多高聚物溶液，在有关手册或书中可查得它们的K、α值。

测定高聚物溶液的粘度，最方便是使用毛细管粘度计。本实验中采用乌氏粘度计，其结构如图S3-2

所示，乌氏粘度计的最大优点是粘度计中的溶液体积不影响测定结果。因此，可在粘度计中用逐步稀释

法得到不同浓度溶液的粘度。乌氏粘度计毛细管K的直径、长度和球E体积是根据溶剂的粘度选定的，要

求溶剂的流过的时间不小于100s。但毛细管直径不宜小于0.5mm，否则测定或洗涤时容易堵塞。球F的容

积应为B管中a刻度至球F底体积的8～10倍，则在测定过程中可以使溶液稀释至起始浓度的五分之一左右。

为使球F不致过大，球E的体积以4～5mL为宜。此外球D至球F底端的距离，应尽量小些。由于粘度计由玻

璃吹制而成，其三根支管很容易折断，使用时应特别小心。

液体在毛细管粘度计中因重力作用而流动时遵守泊索利方程。当考虑动能的影响，更完全的公式可写为：

式中m为毛细管末端校正系数，是一个接近于1的仪器常数，视毛细管两端处液体流动情况而异，通

常m值约为1.12。对于指定的粘度计，上式中许多参数是一定的，则此式可写为下列形式：

式中B＜1，若流出时间t在100s以上，则第二项可以忽略，上式写为：。

通常测定相对分子量时溶液较稀（），溶液的密度与溶剂密度相近，当用同一支

粘度计测定溶剂和溶液粘度时，

式中t为测定溶液粘度计面由a刻度流至b刻度的时间，为测定溶剂流过的时间。

三、实验仪器和药品

1、实验仪器：恒温槽、分析天平、乌氏粘度计、秒表、三号玻璃砂漏斗、移液管（5ml、10ml）、注射器、量筒（100ml）、容量瓶（100ml）、烧杯（100ml）、洗瓶。

2、实验药品：聚乙烯醇、正丁醇。

四、实验步骤

1、用分析天平准确称取0.8～1g 聚乙烯醇于烧杯（100ml）中，加入约60ml蒸馏水，加热溶解。冷却后，小心地转移至容量瓶（100ml）中，滴几滴正丁醇（起消泡作用），加水至刻度。用三号玻璃砂漏斗过滤（因溶解、过滤较慢，这一工作可由实验室预先完成）。

2、调节恒温槽温度至30.0℃。在洗净、烘干的乌氏粘度计B管和C管上各套一段乳胶管。然后，将粘度计垂直固定在恒温槽中，要使水面完全浸没G球。检查粘度计毛细管K是否垂直，调整粘度计至垂直，固定。用移液管吸取10ml聚乙烯醇水溶液，从A管注入粘度计。恒温10min后进行测定。

将C管的乳胶管用夹子夹紧，使其不漏气。在B管上用注射器将溶液吸至G球的三分之二位置。使B管上口通大气，球G中的液面下降。立即松开夹子，使C管通大气，球D中溶液回到球F中。此时球G液面应离刻线a较远。当液面流经刻线a时，立即启动秒表，开始计量时间。当液面降至刻线b时，停止秒表，记录液面由a至b所需的时间。重复操作三次，测量值之间不得大于0.3s，取平均值。

3、依次由A管处用移液管加入5，5，5，10，10ml蒸馏水，混合均匀后，溶液浓度变为：

。每次加入水后，恒温10min，用上述同样方法测定流过时间。

注意每次加蒸馏水后，应用注射器将溶液抽至G球，并使之流下，反复数次，以保证粘度计中各处溶液的浓度均匀。

4、倒出溶液，用蒸馏水清洗粘度计，尤其要注意洗净粘度计毛细管及球E等部分。最后测定蒸馏水的流过时间。

说明：聚乙烯醇溶液很容易形成泡沫，而泡沫的存在直接影响流过时间的测定，甚至使实验不能进行。

因此，在聚乙烯醇溶液中加入几滴正丁醇以破泡沫。为保证实验数据的规律性，在纯溶剂中也应加入同样

多的正丁醇。同时，在实验操作中，抽吸液体必须缓慢，避免气泡的形成。若D球中有气泡，应将其赶到

球F中去。液面升到球E中时液面上不得有气泡，这是实验成败的关键。

五、数据记录和处理

1、计算每个溶液的浓度和不同浓度溶液的、、（ln）/c、/c，并列表。

2、作（ln）/c对c 及/C对c 的图，作直线，外推至c0，求出[η]。

3、由式计算聚乙烯醇的粘均相对分子量Mη。已知30.0℃时，式中,

α=0.64。