黏度法测定水溶性高聚物相对分子质量实验报告

物理化学实验报告

2012年03 月18 日总评：

姓名：学校：陕西师范大学

年级：2010级专业：材料化学

室温：10.0℃大气压: 100kpa

一、实验名称：黏度法测定水溶性高聚物相对分子质量

二、实验目的：

1、掌握乌式粘度计的使用；

2、掌用粘度法测水溶性高聚物相对分子质量的方法。

三、实验原理:

粘度是指液体对流动所表现的阻力，这种阻力反抗液体中相邻部分的相对移动，可看作由液体内部分子间的内摩擦而产生。如果液体是高聚物的稀溶液，则溶液的粘度反映了溶剂分子之间的内摩擦力、高聚物分子之间的内摩擦力、以及高聚物分子和溶剂分子之间的内摩擦力三部分,三者之和表现为溶液总的粘度η 。其中溶剂分子之间的内摩擦力所表现的粘度如用η 0表示的话，则由于溶液的粘度一般说来要比纯溶剂的粘度高，我们把两者之差的相对值称为增比粘度，记作η sp ：

η sp = ( η-η0)/η0

溶液粘度与纯溶剂粘度之比称为相对粘度ηr：

ηr = η /η0

增比粘度表示了扣除溶剂内摩擦效应后的粘度，而相对粘度则表示整个溶液的行为。它们之间的关系为：

ηsp = η/η0 - 1 = ηr - 1

高分子溶液的增比粘度一般随浓度的增加而增加。为了便于比较，将单位浓度下所显示出的增比粘度称为比浓粘度ηsp /c。而将（lnηr）/c 称为比浓对数粘度。为消除高聚物分子之间的内摩擦效应，将溶液无限稀释，这时溶液所呈现的粘度行为基本上反映了高聚物分子与溶剂分子之间的内摩擦，这时的粘度称为特性粘度[η]：

特性粘度与浓度无关，实验证明，在聚合物、溶剂、温度三者确定后，特性粘度的数值只与高聚物

平均相对分子质量有关，它们之间的半经验关系式为：

式中的 K 为比例系数，α 是与分子形状有关的经验常数。这两个参数都与温度、聚合物和溶剂性质有关，在一定范围内与相对分子质量无关。

增比粘度与特性粘度之间的经验关系为：

ηsp / c = [η] + K1•[η]2• c

而比浓对数粘度与特性粘度之间的关系也有类似的表述：

（lnηr）/c = [η] + β •[η]2• c

因此将增比粘度与溶液浓度之间的关系及比浓对数粘度与浓度之间的关系描绘与坐标系中时，两个关系均为直线，而且截距均为特性粘度。求出特性粘度后，就可以用前述半经验关系式求出高聚物的平均相对分子质量。

本实验采用的测定粘度方法为：用毛细管粘度计测量液体在毛细管中的流出时间。

本实验高分子溶液在毛细管粘度计中因重力作用而流出时，遵守泊肃叶定律：

式中，ρ：液体密度；l：毛细管长度；r：毛细管半径；t：流出时间；h：流经毛细管液体的平均液柱高度；g：重力加速度；V：流经毛细管液体的体积；m：与仪器几何形状有关的参数，当 r/l <<

1 时，取 m = 1。此式可改写为：

η/ρ = αt - β /t

当β小于1，t 大于 100s 时，第二项可忽略。对稀溶液，密度与溶剂度近似相等，可以分别测定溶液和溶剂的流出时间，求算相对粘度ηr ：

ηr= η/η0 = t/t0

根据测定值可以进一步计算增比粘度（ηr - 1），比浓粘度（ηsp/c），比浓对数粘度（lnηr/c）。

对一系列不同浓度的溶液进行测定，在坐标系里绘出比浓粘度和比浓对数粘度与浓度之间的关系，外推到 c = 0 的点，此处的截距即为特性粘度。在 K、α 已知时，可求得平均相对分子质量。

四、实验数据及处理：

1. 由实验测得的溶剂流出时间t0和不同浓度溶液流出时间t计算ηr，ηsp，ηsp/c

和(lnηr)/c，溶剂流出时间t0(/s)＝(t1+t2+t3) / 3 = (112.2+112.3+112.1) / 3 = 112.2

表1 聚乙二醇溶液的各种粘度

实验测量数据及处理：

名称t1/s t2/s T3/s t平均/sŋr lnηrηsp C ηsp/c lnηr/c 蒸馏水112.2 112.3 112.1 112.2 1.000 —————

聚乙二醇

聚乙二醇171.5 171.6 171.6 171.6 1.529 0.425 0.529 0.160 3.307 2.654 加1ml水165.3 165.5 165.5 165.4 1.474 0.388 0.474 0.145 3.272 2.678 加3ml水157.1 157.1 157.4 157.2 1.401 0.337 0.401 0.123 3.261 2.742 加5ml水150.6 150.8 150.9 150.8 1.344 0.295 0.344 0.107 3.212 2.761 2. 以ln ηr/c及ηsp/c分别对c作图，并作线性外推至c＝0处，求出[η]，并附图：

由图得[η]＝

3. 计算聚乙二醇的黏均分子量：已知250C时聚乙二醇的常数：K＝156×10-6m3·kg-1，

α＝0.50，Mη＝0.019~0.1×104，求算M。

五、讨论思考

1、高聚物溶液的ηr，ηsp，ηsp/c和[η]的物理意义是什么？

2、分析ηsp/c~ c及(lnηr)/c~ c作图缺乏线性的原因。