粘度法测量高聚物相对分子量

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1、粘度法测定大分子化合物的分子量并探究其影响因素一、实验目的1.测定聚乙烯醇的粘均相对分子量并掌握其原理。2.掌握三管粘度计（乌氏粘度计）测定高聚物溶液粘度的原理和方法。3.熟悉恒温水槽的装置和控温原理。4.通过对改变的倾斜角度，探究Ubbelohde粘度计的不同倾斜角度对测定结果的影响，并得出结论。二、实验原理本次实验采用粘度法测定大分子化合物的分子量，与其他方法相比较，粘度法设备简单，操作方便，并有很好的实验精度，是常用的方法之一。大分子化合物溶液的特点是粘度特别大，原因在于其分子链长度远大于溶剂分子，加上溶剂化作用，使其在流动时受到较大的内摩擦阻力。粘性液体在流动过

2、程中，必须克服内摩擦阻力而做功。粘性液体在流动过程中所受阻力的大小可用粘度系数η(简称粘度)来表示(kg·m-1·s-1)。大分子化合物的稀溶液的粘度是液体流动时内摩擦力大小的反映。纯溶剂粘度反映了溶剂分子间的内摩擦力，记作η0，高聚物溶液的粘度则是高聚物分子间的内摩擦、高聚物分子与溶剂分子间的内摩擦以及η0三者之和。在相同温度下，通常η>η0，相对于溶剂，溶液粘度增加的分数称为增比粘度，记作ηsp，即(1)而溶液粘度与纯溶剂粘度的比值称作相对粘度，记作ηr，即(2)ηr反映的也是溶液的粘度行为，而ηsp则意味着已扣除了溶剂分子间的内摩擦效应，仅反映了高聚物分子与溶剂分

3、子间和高聚物分子间的内摩擦效应。高聚物溶液的增比粘度ηsp往往随质量浓度c的增加而增加。为了便于比较，将单位浓度下所显示的增比粘度ηsp／c称为比浓粘度，而lnηr／c则称为比浓对数粘度。当溶液无限稀释时，高聚物分子彼此相隔甚远，它们的相互作用可以忽略，此时有关系式(3)[η]称为特性粘度，它反映的是无限稀释溶液中高聚物分子与溶剂分子间的内摩擦，其值取决于溶剂的性质及高聚物分子的大小和形态。由于ηr和ηsp均是无因次量，所以他们的单位是浓度c单位的倒数。在足够稀的高聚物溶液里，ηsp／c与C和lnηr／c与c之间分别符合下述经验关系式：（4）（5）上两式中κ和β分别称为

4、Huggins和Kramer常数。这是两直线方程，通过ηsp／c对c或lnηr／c对c作图，外推至C=0时所得截矩即为[η]。显然，对于同一高聚物，由两线性方程作图外推所得截矩交于同一点，如图1。图1:外推法求[η]图2:乌氏粘度计高聚物溶液的特性粘度[η]与高聚物摩尔质量之间的关系，通常用带有两个参数的Mark—Houwink经验方程式来表示：(6)式中是粘均相对分子量，K为比例常数，α是与分子形状有关的经验参数。K和α的值与温度、高聚物及溶剂的性质有关，也和分子量大小有关。K值受温度影响较明显，α值主要取决于高分子线团在某温度下，某溶剂中舒展的程度。K与α可通过一些

5、绝对实验方法(如膜渗透压法、光散射法等)确定。本实验采用毛细管法测定粘度，通过测定一定体积的液体流经一定长度和半径的毛细管所需时间而获得。本实验使用的乌氏粘度计如图所示。当液体在重力作用下流经毛细管时，其遵守Poiseuille定律：（7）式中η(kg·m-1·s-1)为液体的粘度；为液体的密度；是毛细管长度；是毛细管半径；是流出时间；是流经毛细管液体的平均液柱高度；为重力加速度；V是流经毛细管的液体体积；是与仪器的几何形状有关的常数，在时，可取m=1。对某一支指定的粘度计而言，许多参数是一定的，令，，则（7）式可改写为（8）式中，当时，等式右边第二项可以忽略。通常是在

6、稀溶液中测定，溶液的密度与溶剂密度近似相等。这样，通过测定溶液和溶剂的流出时间t和t0，就可求算：(9)实验中明确表明Ubbelohde粘度计必须垂直放置，否则对测量结果准确性有影响。本实验在测定聚乙烯醇分子量的同时，保持温度等其他因素不变，通过改变Ubbelohde粘度计倾斜角度，测定其流出时间以及分子量，与Ubbelohde粘度计垂直时所测结果对比，探究Ubbelohde粘度计使用时的倾斜角度对测定结果的影响。二、仪器和试剂1.仪器SYP-3型玻璃恒温水浴;乌氏粘度计;10mL移液管两支;秒表各一只;洗耳球1个;止水夹2个；乳胶管2个。2.试剂正丁醇(A.R.);聚

7、乙烯醇;蒸馏水。四、实验步骤A.基本实验1.恒温打开恒温槽，设定温度为25.0±0.01℃。将乌氏粘度计(如图2)在恒温槽中恒温10min(注意垂直放置)。2.溶液流出时间的测定（实验前已将粘度计洗净烘干）粘度计垂直：在C,B管上均套上乳胶管，将粘度计垂直放入恒温槽内，使G球完全浸入水浴中。用移液管取10mL聚乙烯醇水溶液（5.0000g/L），由A管加入粘度计内，再加2mL蒸馏水至粘度计内，由B管口滴入2滴正丁醇以消泡。恒温10min。用止水夹夹紧C管乳胶管，使C管不通气，用洗耳球在B管的上端吸气，将水从F球经D球、毛细管、E球抽至G球