粘度法测定高聚物的相对分子质量

实验名称：物化实验 气压：101.325Kpa 温度：25℃
粘度法测定高聚物的相对分子质量
实验目的
1. 测定右旋糖苷的平均相对分子质量。

2. 掌握用乌贝路德（Ubbelohde ）黏度剂测定粘度的方法。

实验原理
用黏度法求得的平均相对分子质量称为黏均分子质量。

高聚物在稀溶液中的粘度，主要反映了液体在流动时存在着内摩擦。

其中因溶剂分子之间的内摩擦表现出来的粘度叫纯溶剂粘度，记作0η；此外还有高聚物分子之间的内摩擦，以及高分子与溶剂分子之间的内摩擦。

三者之总和表现为溶液的粘度η。

在同一温度下，其溶液粘度增加的分数，称为增比粘度，记作sp η，即
ηηηη-=
sp
而溶液粘度与纯溶剂粘度的比值称为相对粘度，记作r η，即 0
ηη
η=
r r η也是整个溶液的粘度行为，sp η则意味着已扣除了溶剂分子之间的内摩擦效应。

两者关系
为
110
-=-=
r sp ηηη
η 对于高分子溶液，增比粘度sp η往往随溶液的浓度c 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，即sp η/c 比浓粘度；而ln sp η/c 对数粘度。

r η和sp η都是无因次的量。

因为根据实验，在足够稀的溶液中有：
ηsp /c ＝[η]＋k[η]2c （Ⅱ-26-1） ln ηr /c ＝[η]+β[η]2c （Ⅱ-26-2） 这样以ηsp /c 及ln ηr /c 对c 作图得两条直线，这两条直线在纵坐标轴上交于一点(如图1所示)，可求出[η]数值。

若温度和溶剂已确定，[]η的数值只与高 聚物平均相对分子质量M 有关，它们之 间的半经验关系可用Mark Houwink 方程式 表示：
[]αηM K ⋅= （Ⅱ-26-3）
式中Ｋ为比例常数，α是与分子形状有关的 经验常数。

它们都与温度、聚合物、溶剂性质有关， 在一定的相对分子质量范围内与相对分子质量无关。

本实验采用毛细管粘度计测定高分子的[]η。

当液体在毛细管粘度计内因重力作用而流出时遵守泊稷叶定律：
lt
V m lV t hgr ππρη884-= （Ⅱ-26-4） ρ为液体的密度；l 是毛细管长度；r 是毛细管半径；t 是流出时间；h 是流经毛细管液体
的平均液柱高度；g 为重力加速度；V 是流经毛细管的液体体积；m 是与仪器的几何形状有关的常数，在
1<<l
r
时，可取m=1。

对某一支指定的粘度计而言，式（Ⅱ-26-4）可改写为
t
B
At -=ρη （Ⅱ-26-5） 式中1<B ，当s t 100>时，等式右边第二项可以忽略。

设溶液的密度ρ与溶剂密度0ρ近似相等。

这样，通过测定溶液和溶剂的流出时间t 和t 0，就可求算r η：
0t t
r ==
ηηη （Ⅱ-26-6） 仪器与试计
乌氏粘度计 1支 恒温水浴 1套
移液管(10mL) 2只 秒表 1块 洗耳球 1个 二次蒸馏水 已配好浓度的右旋糖苷（0.06g/ml ）
ln r ηsp C
η或C
图1 外推法求[η]值
实验步骤
1.粘度计的洗涤
先将洗液灌入粘度计内，并使其反复流过毛细管部分。

然后将洗液倒入专用瓶中，再顺次用自来水、过滤过的蒸馏水洗涤干净。

容量瓶、移液管也都应。

的定
2.溶剂流出时间t
开启恒温水浴，恒温至37℃。

并将黏度计垂直安装在恒温水浴中（G 球及以下部位均浸在水中），用移液管吸10mL过滤过的蒸馏水，从A管注入粘度计F球内，恒温10min，在C管和B管的上端套上干燥清洁橡皮管，并用夹子夹住C管上的橡皮管下端，使其不通大气。

用洗尔球在B管的上端吸气，将水从F球经D球、毛细管、E球抽至G球中部，取下洗尔球，同时松开Ｃ管上夹子，使其通大气。

此时溶液顺毛细管而流下，当凹液面最低处流经刻度a线时，立刻按下秒表开始记时，至b处则停止记时。

记下液体流经
a、b之间所需的时间。

重复测定三次（偏差小于0.2s），取其平均值，即为
值
t
3.溶液流出时间的测定
取出粘度计，倾去其中的水，加入少量的无水酒精润洗黏度计，甩干。

用移液管吸取10mL右旋糖苷溶液，注入粘度计内，同上法，安装粘度计，测定溶液的流出时间t。

然后依次加入2.00，3.00，5.00，10.00 mL蒸馏水。

每次稀释后，先在C管处用洗耳球打气，使溶液混合均匀。

然后将稀释液多次抽洗黏度的E球和G球及毛细管部分，使粘度计内各处溶液的浓度相等，按同样方法进行测定。

注意：溶液要恒温10分钟。

4.粘度计的最后清洗处理
测完后，倾尽粘度计内的溶液，依次用自来水、蒸馏水洗净。

再加上少量的无水酒精，用电吹风吹干。

将黏度计放入盛放黏度计的盒中。

注意事项
1.粘度计必须洁净，高聚物溶液中若有絮状物不能将它移入粘度计中，过
滤后方能使用。

2.往黏度计内加入溶液时，溶液不能流到黏度计的壁上，待测溶液在黏度
计内不能有气泡。

3. 每次改变浓度后一定要混合均匀，并抽吸E 球、G 球和毛细管。

抽抽吸
溶液时注意速度，不要在毛细管内形成气泡。

4. 实验过程中恒温槽的温度要恒定，溶液每次稀释恒温后才能测量。

5. )粘度计要垂直放置。

实验过程中不要振动粘度计，否则会影响结果的准
确性。

6. 高聚物在溶剂中溶解缓慢，配制溶液时必须保证其完全溶解，否则会影
响溶液起始浓度，而导致结果偏低。

7. 若作图时两直线不能在纵轴上交于一点，则取c c p s -/η直线的截距作为
[η]。

数据记录与处理
1. 根据实验对不同浓度溶液测出的相应留出时间计算，r η，ln r η，sp η
c sp /η和c r /ln η并填入下表。

恒温温度37℃。

c(g/
ml) t 1/s t 2/s t 3/s t 平均/s
ln
右旋糖苷（原溶液） 0.020 131.37 131.27 131.43 131.36 1.34 0.2949 0.34 17.15
14.7
5 加水2.0ml 0.017 125.38 125.3 125.2
6 125.31 1.28 0.2435 0.28 16.5
4
14.61 加水3.0ml 0.013 117.84 117.88 117.72 117.81 1.21 0.1904 0.21 15.7
3
14.28 加水5.0ml 0.010 112.68 112.72 112.41 112.60 1.15 0.1408 0.15 15.1
2
14.08 加水10.0ml 0.007 107.68
107.84 107.73 107.75 1.10 0.0924 0.10 14.5
2 13.86
蒸馏水（蒸馏水）
0 97.86
97.65 97.91
97.81
2. 作c c p s -/η计ln c c r -/η图，并外推c=0，求出[]η
sp
ηr
ηc sp /ηc r /ln ηr η
13.8
14.014.214.414.614.815.015.215.4
15.615.816.016.216.416.616.817.0Y A x i s T i t l e
X Axis Title
[]η=13.09936 [M]=4.18981)
141.0/10.13()
/]([46
10046
100==K η
问题与讨论
1. 乌氏粘度计中的C 管的作用是什么？能否去除C 管改为双管粘度计使
用？
答：C 管的作用是形成气承悬液柱。

不能去除C 管改为双管粘度计，因为没有了C 管，就成了连通器，不断稀释之后会导致粘度计内液体量不一样，这样在测定液体流出时间时就不能处在相同的条件之下，因而没有可比性。

只有形成了气承悬液柱，使流出液体上下方均处在大气环境下，测定的数据才具有可比性。

2. 粘度计毛细管的粗细对实验结果有何影响?
答：粘度计毛细管的过粗，液体流出时间就会过短，那么使用Poisui lle 公式时就无法近似，也就无法用时间的比值来代替粘度；如果毛细管过细，容易造成堵塞，导致实验失败。

3. 为什么用［η］来求算高聚物的分子量?它和纯溶剂粘度有无区别?
答:特征黏度反映了在无限稀溶液中,溶剂分子与高分子间的内摩擦效应,它决定于溶剂的性质和聚合物分子的形态及大小;而纯溶剂黏度反映了溶剂分子间的内摩擦力效应,所以二者值不同
4.乌贝路德黏度计为什么一定要竖直放置？
答：使溶液在重力的作用下流出，减少溶液在流动时与器壁之间的内摩擦，从而提高实验的准确度。

5.用黏度法测定高聚物的相对分子质量时，高聚物溶液流经毛细管的时
间为什么要大于100s？
答：对于某一给定毛细管黏度计，在η/ρ=A∙t-B/t中，当B<1，t>100s 时，第二项可忽略，因此要求时间要大于100s。

.。