高分子化学实验讲义

实验一 粘均分子量的测定

一、 实验目的

1. 掌握粘度法测定聚合物分子量的实验方法，包括恒温槽、粘度计的安装、使用等。

2. 了解粘度法测定聚合物分子量的实验原理及测定结果的数据处理方法。

二、 基本原理

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。

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。

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 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。

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

，粘度增加的分数叫增比粘度

称为相对粘度，它指明溶液粘度对溶剂粘度的相对值。

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

0ηη0ηη>sp ηsp η

子之间的内摩擦效应。

随溶液浓度C 而变化， 与

C 的比值

仍随C 而变化，

但当C →0，也就是溶液无限稀时， 有一极限值，即：

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。

根据实验，在足够稀的溶液中有：

将上面式子作图，外推至C=0，即可求出 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：

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：

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。

对某一指定的粘度计而言，令

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t 0，就可求：

sp ηsp η[]η[]K M

α

η=[]

η

三、实验仪器

恒温槽装置一套（玻璃缸、加热棒、导电表、继电器、精密温度计等）

乌氏黏度计、2＃细菌漏斗、10mL针筒、10mL刻度吸管、25mL容量瓶、50mL碘量瓶、广口瓶、可读出1/10 s的秒表、吸耳球、医用胶管、黏度计夹等。

1. 恒温槽：按第一部分中所述装置。由于温度对液体黏度影响很大，所以恒温槽水浴温度的精度要求+（-）0.05℃。

2. 黏度计：本实验采用乌氏黏度计，由奥氏黏度计改良而得。当把液体吸到G球后，放开C 管，使其通大气，因而D 球内液体下降，形成毛细管内为气承液柱，使液体流出毛细管时沿管壁流下，避免产生湍流的可能，同时B 管中的流动压力与A管中液面高度无关。因而不像奥氏黏度计那样，每次测定，溶液体积必须严格相同。黏度计由于不小心被倾斜所引起的误差亦不如奥氏黏度计大，故能在黏度计内多次稀释，进行不同浓度的溶液粘度测定，所以又称为乌氏黏度计。

3.为了使不同批次的实验结果可以进行比较，按1987年颁布的国家标准《合成树脂常温稀溶液粘度试验方法》，规定对不同容积，应选用不同的标准粘度计，使溶液流出时间为100-130s，动能校正系数≤2*10-2。此时，可不需要进行动能矫正计算。

四、实验步骤

1.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。

2.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。

3.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。

4.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。

5.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。

6.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。

7.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。

8.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。

9.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。