黏度法测定水溶性高聚物相对分子质量实验报告

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.理解粘均分子量的物理意义。

2.掌握黏度法测定聚合物分子量的基本原理和实验技术。测定水溶性高聚物聚乙烯醇的平均分子量

三、实验原理

分子量是表征聚合物特征的重要参数之一，高聚物的相对分子质量大小不一，其摩尔质量常在10²～10⁷之间。黏度法测定分子量是最常用的测定聚合物分子质量的技术。

溶液的粘度：在稀溶液中，高聚物的黏度是它在流动过程中所存在的内摩擦的反映，这种流动过程中的内摩擦主要有；溶剂分子间的内摩擦、高聚物分子与溶剂分子间的内摩擦、高聚物分子间的内摩擦。其中溶剂分子见得内摩擦又称纯溶剂得粘度。以h₀ 表示；三种内摩擦的总和称为高聚物分子间的内摩擦，以h表示。由于聚合物的相对分子量远大于溶剂，因此将聚合物溶解与溶剂时h>h0。可以用多种方式表达h相对于h₀的变化。

溶液的粘度的各种定义及表达式：

名称                 定义式            量纲

相对粘度                         无

增比粘度                无

比浓粘度                   浓度的倒数

比浓对数粘度            浓度的倒数

 

特性粘度：        

特性粘度又称极限粘度，其值与浓度无关，量纲是浓度的倒数,数值取决于聚合物的相对分子量和结构，溶剂的温度和溶剂的特性。

      当高聚物、溶剂、温度等确定以后，特性粘度值只与高聚物的相对分子质量M有关：

K和a是与相对分子质量无关的常数。查表可得K和a的值，即可根据所测得的[h]值计算样品聚合物的相对分子质量。

测定原理：在足够稀的溶液中，粘数和对数粘数与溶液浓度之间呈线性关系

        

毛细管法测定特性粘度

当液体在重力作用下流经毛细管粘度计时遵守Poiseuille定律：

       ρ为液体的密度；l为毛细管长度；r为毛细管半径；

       t为流出时间；h为流经毛细管液体的平均液柱高度；

       g为重力加速度；v为流经毛细管的液体体积；

       m为与仪器的几何形状有关的常数， <<1时，可取m=1。

毛细管法测定特性粘度：对某一给定的毛细管粘度计，则；当B﹤1时，t﹥100s时第二项可忽略

  通常测定在稀溶液中进行(c<1g/100mL)，溶剂与溶液密度近似等，则有：

由纯溶剂的流出时间和溶液的流出时间，就可以求出溶液的粘数和相对粘数

四.实验步骤

1. 恒温水浴调至25℃。洗涤容量瓶、移液管和乌氏黏度计。

2. 溶液配制：在小烧杯中称取8g左右聚乙二醇，定容于100ml容量瓶中。

3. 测定溶剂流出时间t₀：将粘度计垂直夹在恒温槽内，用移液管取10ml溶剂（蒸馏水）自A管加入，恒温数分钟，夹紧C管上连接的乳胶管，同时在连接B管的乳胶管上接洗耳球慢慢抽气，待液体升至G球的1/2左右即停止抽气，打开C管乳胶管上的夹子使毛细管内液体同D球分开，用停表测定液体在a、b两线间移动所需时间。重复测定三次，每次相差不超过0.2~0.3s，取平均值。

4. 测定溶液流出时间t：取出黏度计，倒出蒸馏水，用1ml丙酮淋洗两次，然后水吹干，用移液管吸取10ml高聚物溶液，用上法测定流经时间。再用移液管加入1ml蒸馏水，用洗耳球从C管鼓气搅拌并将溶液慢慢地抽上流下数次使之混和均匀，再如上法测定流出时间。然后依次加入3ml、5ml蒸馏水，用同样方法逐一测定不同浓度聚乙二醇溶液的流经时间。

5. 实验完毕后，将溶液倒入废液回收处，洗涤容量瓶、移液管和乌氏黏度计。

第二篇：黏度法测定水溶性高聚物相对分子质量

黏度法测定水溶性高聚物相对分子质量

姓   名：谢静艳       学号：20095052056        班级：20##级应用化学班

一、实验目的

1．掌握用乌氏粘度计测定液体粘度的原理和方法；

2．测定聚乙二醇的平均相对分子质量。

二、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。

相距为 ds 的两液层以不同速率（v 和 dv）移动时，产生的流速梯度为 dv / ds。建立平稳流动时，维持一定流速所需要的力  f ’与液层接触面积 A 以及流速梯度 dv / ds 成正比：

f ’= η ? A ? dv / ds

单位面积液体的粘滞阻力用 f 表示，f =f ’/ A，则：

f = η ? dv / ds

此式称为牛顿粘度定律表示式，比例常数 η 称为粘度系数，简称粘度，单位为 Pa?s。

 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 -  η ₀ ) / η ₀

溶液粘度与纯溶剂粘度之比称为相对粘度 η _r ：

η _r = η  / η ₀

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：

η _sp=  η / η ₀ - 1 = η _r  - 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η _sp /c。而将 ln  η _r /c 称为比浓对数粘度。增比浓度与相对粘度均为无因次量。

 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：

η _sp /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：

ln  η _r /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。

 粘度测定的方法有用毛细管粘度计测量液体在毛细管中的流出时间、落球粘度计测定圆球在液体中的下落速率、旋转粘度计测定液体与同心轴圆柱体相对转动阻力等三种。本实验采用第一种方法。

    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，密度与溶剂密度近似相等，可以分别测定溶液和溶剂的流出时间，求算相对粘度 η_r ：

η_{r =} η / η ₀ = t  / t₀

根据测定值可以进一步计算增比粘度（η_r - 1），比浓粘度（η _sp /c），比浓对数粘度（ln  η _r /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。

对于聚乙二醇，在 25℃ 时，K = 1.56×10^-3  （Kg^-1?dm³），α = 0.5。

                 

三、仪器、试剂

仪器：乌氏粘度计，恒温槽，移液管（5ml、10ml），洗耳球，烧杯（50ml），秒表；   

试剂：聚乙二醇

四、实验步骤

1、溶剂流出时间的测定

开启恒温水浴和搅拌器电源，调节温度为25℃。从A管加入10ml左右的蒸馏水，用夹子夹住C管上的橡皮管下端，使其不通大气。在B管口用吸耳球将水从F球经D球、毛细管、E球抽至G球中部，取下吸耳球，同时松开C管上的夹子，使其通大气，此时溶液顺毛细管而流下。当液面流经刻度a线处时，立即按下秒表开始记时，至b处则停止记时。记下流体流经a，b之间所需的时间，即为t₀

 2、溶液流出时间的测定

    取出黏度计，清去其中的水，用溶液润洗2到3遍。用移液管吸取已知浓度的聚乙二醇溶液10.00mL，由A管注入黏度计中，在C管处用洗耳球打气，使溶液混合均匀，浓度记为c1，恒温10min，进行测定。测得刻度a、b之间的液体流经毛细管所需时间，即为t1值。然后依次由A管用移液管准确加入2.00mL、3.00mL、5.00mL、10.00mL蒸馏水，将溶液稀释，使溶液浓度分别为c2、c3、c4、c5，按上述方法分别测定溶液流经毛细管的时间t2、t3、t4、t5应注意每次稀释后都要将溶液在F球中充分搅匀(可用洗耳球打气的方法，但不要将溶液溅到管壁上)，然后将稀释液抽洗黏度计的毛细管、E球和G球，使黏度计内各处溶液的浓度相等，而且须恒温。

五、实验数据记录及处理

t₀ =54.40s

作图如下：

上图可得实际[η]=3.40

代入公式得：聚乙二醇的平均相对分子质量M=4750164g/mol

六、注意事项

1、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时必须混合均匀，并抽洗E球和G球，要注意多次(不少于三次)用稀释液抽洗毛细管，保持黏度计内各处浓度相等。

2、液体黏度的温度系数较大，实验中应严格控制温度恒定，溶液每次稀释恒温后才能测量，否则难以获得重现性结果。

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

七 思考题

1、乌氏粘度计中存在气泡，对实验结果有无影响？

答：若气泡存在于a和b之间，则对下落时间有影响；若气泡存在于选定液段a和b之外，则对下落时间没有影响，也即对实验结果没有影响。

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Poisuille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。