聚合物分子量的测定——粘度法

中国石油大学化学原理II 实验报告
实验日期： 成绩：
班级： 学号： 姓名： 教师：
同组者：
聚合物分子量的测定—黏度法
一．实验目的
学会一种测定分子量的方法
二．实验原理
由于聚合物具有多分散性，所以聚合物的分子量是一个平均值。

有许多测定分子量的方法（如光散射法、渗透压法、超速离心法、端基分析法等），但简单、而使用范围又广的是粘度法。

由粘度法测得的聚合物的分子量叫粘均分子量，以
“v M ”
表示。

粘度法又分多点法和一点法： 1、多点法 多点法测定聚合物粘均分子量的计算依据是：
[]v kM α
η= （7-1）
式中: ［η］－特性粘数；
k,α--与温度和溶剂有关的常数；
v M --聚合物的粘均分子质量；
若设溶剂的粘度为η0,聚合物溶液浓度为 c(100mL 所含聚合物的克数表示)时的粘度为η，则聚合物溶液粘度与浓度间有如下关系：
20
[][]SP
k c c
c ηηηηηη-=
=+ （7-2） 20ln(/)
ln [][]r c c c
ηηηηβη==- （7-3） 以ηSP /c, In ηr /c 对 c 作图，外推直线至 c 为 0（参考图 7－1）求[ η]，即、
00[]lim lim
SP
r c c Ln c c
ηηη→→== （7-4）
图7-1 特性粘数[]η的求法
由于 k 、α是与温度、溶剂有关的常数，所以对一定温度和特定的溶剂，k 、α有确定的数值。

例如，30℃时，以 1mol/L 硝酸钠溶液作溶剂，用粘度法测定聚丙烯酰胺粘均分子量的经验式可表示如下：
2/3
4
[] 3.7310M
η-=⨯ （7-5）
即：
（7-6）
因此，只要测定不同浓度下聚合物溶液的粘度，即可通过上述的数据处理，求出聚合物的粘均分子量v M 。

2、单点法对低浓度的聚合物溶液，其特性粘数可由下式计算:
1
[](ln )2SP r c
ηηη=+ （7-7）
实验时，只要测定一个低浓度的聚合物溶液的相对粘度，即可由式 7－7 求得所测试样的特性粘数。

本实验采用如图 7-2 所示的乌氏粘度计测定聚合物溶液在不同浓度下的粘
度。

这种粘度计的具体用法参考下述步骤。

图7-2 乌氏粘度计
1，2，3—支管；5，8，9－玻璃管；4，6－刻度；7－毛细管三.仪器与药品
1．仪器
乌氏粘度计，玻璃恒温水浴装置一套，秒表，吸耳球，量筒，等。

2．药品
0.01g/100mL聚丙烯酰胺溶液，1mol/L硝酸钠溶液，蒸馏水。

四.实验步骤
（1）打开温度控制仪电源，将温度设为30℃。

调节电动搅拌机调速开关，使搅拌机以适当的速度匀速转动，使玻璃缸中各处的水温均匀。

（2）玻璃缸中水的温度升至30℃后，将乌氏粘度计固定在铁架台夹子上，使粘度计上端玻璃球浸没在水中。

调整乌氏粘度计，使其在水中垂直。

注意，在调整过程中，不要使乌氏粘度计碰到搅拌棒或者玻璃缸壁，以免破碎。

（3）用量筒量取1mol/L硝酸钠溶液15mL，由支管3加到已洗净、烘干的粘度计的球9中，然后将粘度计在已调至30℃的玻璃缸中，恒温约10min，即可
按下述方法测定：先用左手的拇指和中指将粘度计的支管1捏住，用食指将支管1的管口堵住；然后用洗耳球从支管2的管口将溶液吸至刻度4以上的粗直径部
分，在将食指松开的同时将洗耳球从管口移开，这时球8 中的溶液因支管1通大气即迅速流回球9，而支管2中的刻度4以上的溶液则通过毛细管7慢慢流回球9，用秒表测定溶液液面经过刻度4与6所需要的时间；重复3-5次，取平均值，作为1mol/L 硝酸钠溶液的液面流经粘度计4与6两刻度的时间t 0；测定后，将粘度计的溶液倒出回收，先后用自来水、蒸馏水洗净，然后烘干、备用。

（4）用量筒量取0.01g/100mL 聚丙烯酰胺溶液10mL 左右，经支管3加入已洗净、烘干的粘度计的球9中，用洗耳球将溶液吸至刻度线6以上，然后松开胶皮管，用洗耳球将溶液吹下，重复三次，对乌氏粘度计进行清洗。

清洗结束后，将废液倒入废液回收瓶中进行回收
（5）用量筒量取0.01g/100mL 聚丙烯酰胺溶液15mL ，经支管3加入经聚合物溶液润洗的乌氏粘度计的球9中，然后将粘度计固定在30℃的恒温槽中，恒温约10min 后，用上述方法测定聚丙烯酰胺溶液的液面流经4与6两刻度间的时间1t ，重复3-5次，取平均值t 。

（6）全部测定结束后，将球9的溶液倒出，先后用自来水、蒸馏水洗净，然后烘干，备下次使用。

五.结果处理
计算各溶液的浓度c 及SP c
η（ 即00t t ct - ）及ln r
c η （即0ln(/)t t c ）的数值。

1、以
SP c
η、ln r
c η对c 作图，将直线外推至浓度为 0 处，从两直线的交点求得
〔η〕。

2、由〔η〕计算聚丙烯酰胺的粘均分子量v M 。

3、用最后一点（溶液浓度最稀的点）的粘度，用一点法求出特性粘数，并与外推求得的特性粘数作比较，说明一点法是否适用。

测得数据如下表：
则
12.796
.7601.048
.7196.760=⨯-=-=ct t t c SP η 39.701
.0)
48.71/96.76ln()
/ln(ln 0==
=
c
t t c r
η
255.72
39.712.7)ln (21][=+=+=
r sp c ηηη 62/352/351074.2255.71040.1][1040.1⨯=⨯⨯=⨯=-
ηV M 故PAM 的相对分子质量为61074.2⨯
六.思考题
1． 总结聚合物分子量的测定方法，并说明各方法的适用范围。

答：聚合物分子量的测定方法有光散射法、渗透压法、超速离心法、端基分析法、粘度法等，其中粘度法测量范围最广。

适用范围如下表所示：
2．粘度法测定聚合物的分子量时为什么要加硝酸钠？用其他的盐可以否？
答：因为聚丙烯酰胺不能用水作溶剂，可以用盐溶液。

在低浓度下，聚电解质溶液中高分子链互相之间由于带同重点和相互排斥，使分子链过度延伸，导致粘度增加过大；加入硝酸钠，会中和高分子上带的电荷，从而使年度测量更准确。

其他小分子的可以中和高分子所带电荷的也可以。

3．用多点法测定分子量时，聚合物的浓度应如何决定？
答：应该由溶剂与聚合物的量决定。