实验二十一  高聚物相对分子量的测定

一、   实验目的

1、  了解黏度法测定高聚物分子量的基本原理和分子。

2、  测定聚乙二醇的黏均分子量。

3、  掌握用乌贝路德黏度的方法。

4、  用Origin或Excel处理实验数据

二、   实验原理

分子量是表征化合物特征的基本参数之一。但高聚物分子量大小不一，参差不一，一般在10~10之间，所以通常所测高聚物的分子量是平均分子量。测定高聚分子量的方法很多，对线型高聚物，各方法适合用范围如下；

  端基分析                             〈3*

  沸点升高，凝固点降低，等温蒸馏        〈3*

  渗透压                                

  光散射                                

  起离心沉降及扩散                      

  黏度法                                

  其中黏度发设备简单，操作方便，有相当好的实验精度，但黏度发不是测分子量的绝对方法，因为此法中所有的特征黏度与分子量的经验方程是要用其他方法来确定的，高聚物不同，溶剂不同，分子量范围不同，就要用不同的经验方程式。

   高聚物在稀溶液中的黏度，主要反映了液体在流动是存在着内摩檫。在测高聚物溶液黏度求分子量时，常用到下面一些名词。

   如果高聚物分子的分子量越大，则它与溶剂间的接触表面之间的经验关系为；

式中，M为粘均分子量；K为比例常数；a是与分子形状有关的经验参数。K与a植a与温度、高聚物]溶剂性质及分子量大小有关。K植受温度的影响较明显，而a值主要取决与高分子线团在某温度下，某溶剂中舒展的程度，其数值介于0.5~1之间。K与a的值可以通过其它的实验方法确定，例如渗透压法、光散射大等，从黏度法只能测定得[ɡ]

根据实验，在足够稀的溶液中有：

这样以及对C作图得两条直线，外推到这两条直线在纵坐标轴上想叫与一点，可求出数值。为了绘图方便，引进相对浓度，即。其中，C表示溶液的真实浓度，表示溶液的其始浓度，由图可知，其中A为截距

   黏度测定中异常现象的近似处理。在特定性黏度测量过程中，有时并非操作不慎，而出现对图与对图外推到时，在纵坐标轴上并不相交于一点的异常现象。在式中和值与高聚物结构和形态有关。而式物理意义不大明确。因此出现异常现象时，以曲线求值。

   测定黏度的方法有毛细管法、转筒法和落球法。在测定高聚物分子的特性黏度时，以毛细管流出法的黏度计最为方便。若液体在毛细管年度计中，因为重力作用流出时，可通过泊肃叶公式计算黏度。

   式中，为液体的黏度，为液体的密度，为毛细管的长度，为毛细管的半径，为流出的时间，为流国毛细管液体的平均液体高度，为流进毛细管的液体体积，为毛细管末端校正的参数

   对于某一指定的黏度计而言，式可以写成下式

式中，为流出的时间在左右，该项可以从略。又因通常测定是在稀溶液中进行，所以溶液的密度和溶剂的密度近似相等，因此可以将写成：

式中，为溶液的流出时间，为纯溶剂的流出时间。所以通过溶剂和溶液在毛细管中的流出时间从式求得，由图求得。

三、   仪器药品

恒温槽1套；               乌贝路得黏度计一只；

移液管2只，1只；          停表1只；

洗耳球1只；               螺旋夹一只；

橡皮管2根；                聚乙二醇；蒸馏水。

实验步骤

四、   实验步骤

本实验用的乌贝路得黏度计，又叫气承悬柱式黏度计。它的最大优点是可以在黏度计里逐渐稀释从而节约许多操作手续.

1.       先用洗液将粘度计洗净，再用自来水、蒸馏水分别冲洗几次，每次都要注意反复冲洗毛细管部分，洗好后烘干备用。

2.       调节恒温槽温度至（30.00.1）℃，在粘度计的B管和C管上都套上橡皮管，然后将其垂直放入恒温槽，使水面完全浸没1球。

3.       溶液流出时间的测定

用移液管分别吸取一直浓度的聚乙二醇溶液10ml和蒸馏水5ml，由A管注入粘度计中，在C管处用洗耳球打气，使溶液混合均匀，浓度记为，恒温5min，进行测定。测定方法如下：将C管用夹子夹紧使之不通气，在B管用洗耳球将溶液从4球经3球、毛细管、2球抽至1球的2/3处，解去夹子，让C管通大气，此时3球内的溶液即回入4球，使毛细管以下的液体悬空。毛细管以上的液体下落，当液面流经a刻度时，立即按停表开始记时间，当液面降至b刻度时，再按停表，测得刻度a、b之间的液体流经毛细管所需时间。重复这一操作至少三次，它们间相差不大于0.3s，取三次的平均值为。

然后依次由A管用移液管加入5ml、5ml、10ml、15ml蒸馏水，将溶液稀释，使溶液浓度分别为，用同法测定每份溶液流经毛细管的时间。应注意每次加入蒸馏水后，要充分混合均匀，并抽洗黏度计的1球和2球，使黏度计内溶液各处的浓度相等。

4.       溶剂流出时间的测定

用蒸馏水洗净黏度计，尤其要反复流洗黏度计的毛细管部分。然后由A管加入约15ml蒸馏水。用同法测定溶剂流出的时间。

实验完毕后，黏度计一定要用蒸馏水洗干净。

五、   注意事项

1、  黏度计必须洁净，高聚物溶液中若有絮状物不能将其移入黏度计中；

2、  本实验溶液的稀释是直接在黏度计中进行的，因此每加入一次溶剂进行稀释是必须混合均匀，并抽洗1球和2球。

3、  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。

4、  黏度计要垂直放置，实验过程中不要振动黏度计，否则将影响实验结果的准确性。

5、  高聚物在溶剂中溶解比较缓慢，在配制溶液是一定要完全溶解，否则将影响溶液的起始浓度，而导致结果偏低。

6、  用洗耳球抽溶液时一定要将溶液吸到洗耳球。

六、数据记录及处理

1.将所测的实验数据及计算结果填入下表中。

原始浓度  0.04g/ml                       恒温温度：25度

2.作ηSP/C — C 及 lnηr/C — C 图，并外推到C→0由截距求出［η］。

   

由上图知：两条直线向外推时，在纵坐标上并不交于一点的异常现象，故采用~C曲线求［η］值。故有图可看出：

2.870421=1.56

 =3351246

● 结果与讨论

 1、用外推法时，两实验所测得直线在纵轴上的不交于一点，实验过程中高聚物的形态发生发生变化。

 2.实验结果偏低可能由于高聚物在水中溶解的比较缓慢，配制溶液时没有完全溶解，使溶液浓度偏低而造成的。

 3.实验过程中，用洗耳球向乌贝路德粘度计吹气，使得溶液溅出几滴，到实验结果偏低。

七、思考题

1.乌贝路德粘度计中支管C有何作用？除去支管C是否可测定粘度?

答：在支管C处用洗耳球打气，可以使溶液充分混合均匀。如果除去支管C仍然可以测定黏度，可以将溶液先在容器中混合均匀后在装液进行测量。

2.粘度计的毛管太粗或太细有什么缺点?

答：粘度计的毛细管太粗液体下降太快而致使时间测量不准确；如果太慢可能导致液体下降不流畅，测定的时间也不正确。

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：如果高聚物分子的分子量愈大，则它与溶剂间的接触表面也愈大，摩擦就大，表现出的特性粘度也大。特性粘度和分子量之间的经验关系式为:

式中,M为粘均分子量;K为比例常数;α是与分子形状有关的经验参数。K和α值与温度、聚合物、溶剂性质及分子量大小有关。K值受温度的影响较明显，而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，其数值介于0.5～1之间。K与α的数值可通过其它绝对方法确定，例如渗透压法、光散射法等，从粘度法只能测定得［η］。

它和纯溶剂粘度有区别，区别为；纯溶剂粘度由于溶剂分子之间的内摩擦表现出来的粘度；特性粘度，［η］反映高分子与溶剂分子之间的内摩擦。

第二篇：粘黏度法测高聚物相对分子量

实验报告

课程名称：_______________________________指导老师：________________成绩：__________________

实验名称：_______________________________实验类型：________________同组学生姓名：__________一、实验目的和要求（必填）                                       二、实验内容和原理（必填）

三、主要仪器设备（必填）                                          四、操作方法和实验步骤

五、实验数据记录和处理                                              六、实验结果与分析（必填）

七、讨论、心得

一、实验目的和要求

1.         掌握用乌氏粘度计测定高聚物溶液黏度的原理和方法。

2.         测定线型聚合物聚乙二醇的黏均相对分子质量。

二、实验内容和原理

聚合物溶液在流动时受到较大的内摩擦阻力。黏性液体在流动过程中所受阻力的大小可用黏度系数来表示。黏度分绝对黏度和相对黏度。绝对黏度有两种表示方法：动力黏度和运动黏度。

纯溶剂黏度反映了溶剂分子间的内摩擦力，记为η_o。聚合物溶液的黏度η则是聚合物分子间的内摩擦、聚合物分子与溶剂分子间的内摩擦及η_o之和。温度相同时，通常η＞η_o，其增比黏度记为η_sp。溶液粘度与纯溶剂黏度的比值称作相对黏度η_r，即η_r=η/η_o。故η_sp=η_r-1。

聚合物溶液η_sp往往随c的增加而增加。当溶液无线稀释时，有

            limη_sp/c=lim ln(η_r/c)=[ η]        [ η]为特性黏度

若聚合物溶液足够稀，则：η_sp/c=[ η]+ κ[ η]²c

                                          ln(η_r /c)= [ η]- β[ η]²c

由η_sp/c或ln(η_r /c)对c作图可得[ η]。

[ η]与聚合物相对分子质量间有如下关系：

[ η]=K（M_η）^α   M_η是黏均相对分子质量

       本实验采用毛细管法测定黏度。当液体在重力作用下流经毛细管时，遵循Poiseuiole定律：

用同一黏度计在相同条件下测定两个液体黏度时：

                                     若已知η₁，可求得η₂

当c＜1×10kg/m3时，有η_r =η/η_o =t/t_o

三、主要仪器设备

仪器：恒温槽1套；乌氏粘度计1支；100ml容量瓶5只；秒表1只。

试剂：聚乙二醇（AR）；去离子水。

图一、乌氏黏度计

四、操作方法和实验步骤

1.         设定恒温槽温度为30.0℃。

2.         配制溶液。8%(质量分数)的聚乙二醇溶液5ml、10ml、15ml、20ml、25ml定容于100ml容量瓶中。

3.         洗涤黏度计。

4.         黏度计垂直置于恒温槽，将一定量待测液自A管注入黏度计内（液面在F球两线之间），恒温。用手指封住C管，用洗耳球在B管处抽气，直至液体升至G球的一半处。打开C管，此时毛细管内的液体应与D球分开。用秒表测定液面在a，b两线间移动所需的时间，测3次，取平均值。

5.         测定溶剂流出时间t_o，测定不同浓度的溶液流出时间t。

五、实验数据记录及处理

表一、粘度法测定聚乙二醇黏均相对分子质量数据记录表

图二、c-ηsp/c及c-ln(ηr/c)关系曲线

六、实验结果与分析

由上图可得：η_sp/c=34.3186+ 601.433c

                     ln(η_r /c)= 34.740- 93.594c

由此，[ η]的平均值为（34.3186+34.730）/2=34.524,

查得30℃下，K=12.5×10^-6/(m³kg^-1),α=0.78

∴黏均相对分子质量为（[ η]/K）^1/0.78=25811

七、讨论、心得

1.         黏度对温度的变化是非常灵敏的，因此测定黏度的过程对温度的恒定要求很高。

2.         尤其a、b两线间的液体，必须在恒温槽水面以下。

3.         另外，乌氏粘度计中在a、b线间如果有气泡，对实验数据也有很大的影响。赶气泡效果最好的方法是把所有的液体都先赶下去再吸上来。吸的过程中乌氏粘度计的c管当然是要堵住的。

4.         测定时，须保证黏度计垂直于恒温槽水面。通过两个及其以上的方向观察黏度计的垂直情况。

5.         实验时液体的恒温时间较长，在测定某液体的流出时间时，可将其余待测液挂在恒温槽壁上恒温，以节省实验所需时间。