粘度法测分子量.doc

一、实验目的 1、掌握用粘度法测定高分子化合物相对分子量的原理。 2、用乌氏粘度计测定聚乙烯醇溶液的特性粘度，计算其粘均相对分子量。 二、实验原理 高分子化合物相对分子量对于高分子化合物溶液的性能影响很大，是个重要的基本参数。一般高分 子化合物是相对分子量大小不同的大分子的混合物，相对分子量常在103107之间，所以通常所测高分 子化合物相对分子量是平均相对分子量。 测定高分子化合物相对分子量的方法很多，不同方法所测得的平均相对分子量有所不同。粘度法是 常用的测定相对分子量的方法之一，粘度法测得的平均相对分子量称为粘均相对分子量。 高分子化合物溶液的粘度比一般较纯溶剂的粘度大得多，其粘度增加的分数称为增比粘度， 其定义为： 式中，称为相对粘度。增比粘度随粘液中高分子化合物的浓度c增加而增加。为了便于比较，定 义单位浓度的增比粘度 /c为比浓粘度，它随溶液浓度c改变而改变。当浓度c趋于零时，比浓粘度的 极限值为，称为特性粘度，即： 式中溶液浓度c习惯上取质量浓度（单位为或）。特性粘度可以作为高分子化合 物的平均相对分子量的度量。根据实验结果证明，任意浓度下比浓粘度与浓度的关系可以用经验公式表 示如下： 因此，利用 /c对c作图，用外推法可求出。 当c趋近于0时，（ln）/ c的极限值也等于，可以证明如下： 当溶液浓度c很小时，忽略高次项，则得： 当溶液浓度较小时，（ln）/c对c作图，也得一条直线，其截距也等于，见图S3-1。 单位和数值，随溶液浓度的表示法不同而异，的单位为浓度单位的倒数。 在一定温度和溶剂条件下，特性粘度与高聚物的相对分子质量M间关系通常用下列经验方程式表 达：式中K和 是与温度、溶剂及高聚物本性有关的常数。通常对于每种高聚物溶液，要用已 知平均相对分子量的高聚物求得K、值。然后，用此K、值及同种待测高聚物溶液的特性粘度实验值， 可求得此待测高聚物的粘均相对分子量。在确定K、值时，已知的平均相对分子量是用其他方法测得的。 对于许多高聚物溶液，在有关手册或书中可查得它们的K、值。 测定高聚物溶液的粘度，最方便是使用毛细管粘度计。本实验中采用乌氏粘度计，其结构如图S3-2 所示，乌氏粘度计的最大优点是粘度计中的溶液体积不影响测定结果。因此，可在粘度计中用逐步稀释 法得到不同浓度溶液的粘度。乌氏粘度计毛细管K的直径、长度和球E体积是根据溶剂的粘度选定的，要 求溶剂的流过的时间不小于100s。但毛细管直径不宜小于0.5mm，否则测定或洗涤时容易堵塞。球F的容 积应为B管中a刻度至球F底体积的810倍，则在测定过程中可以使溶液稀释至起始浓度的五分之一左右。 为使球F不致过大，球E的体积以45mL为宜。此外球D至球F底端的距离，应尽量小些。由于粘度计由玻 璃吹制而成，其三根支管很容易折断，使用时应特别小心。 液体在毛细管粘度计中因重力作用而流动时遵守泊索利方程。当考虑动能的影响，更完全的公式可 写为： 式中m为毛细管末端校正系数，是一个接近于1的仪器常数，视毛细管两端处液体流动情况而异，通 常m值约为1.12。对于指定的粘度计，上式中许多参数是一定的，则此式可写为下列形式： 式中B1，若流出时间t在100s以上，则第二项可以忽略，上式写为：。 通常测定相对分子量时溶液较稀（），溶液的密度与溶剂密度相近，当用同一支 粘度计测定溶剂和溶液粘度时， 式中t为测定溶液粘度计面由a刻度流至b刻度的时间， 为测定溶剂流过的时间。 三、实验仪器和药品 1、实验仪器：恒温槽、分析天平、乌氏粘度计、秒表、三号玻璃砂漏斗、移液管（5ml、10ml）、注射器、量筒（100ml）、容量瓶（100ml）、烧杯（100ml）、洗瓶。 2、实验药品：聚乙烯醇、正丁醇。 四、实验步骤 1、用分析天平准确称取0.81g 聚乙烯醇于烧杯（100ml）中，加入约60ml蒸馏水，加热溶解。冷却 后，小心地转移至容量瓶（100ml）中，滴几滴正丁醇（起消泡作用），加水至刻度。用三号玻璃砂漏斗过滤（因溶解、过滤较慢，这一工作可由实验室预先完成）。 2、调节恒温槽温度至30.0。在洗净、烘干的乌氏粘度计B管和C管上各套一段乳胶管。然后，将粘度计垂直固定在恒温槽中，要使水面完全浸没G球。检查粘度计毛细管K是否垂直，调整粘度计至垂直， 固定。用移液管吸取10ml聚乙烯醇水溶液，从A管注入粘度计。恒温10min后进行测定。 将C管的乳胶管用夹子夹紧，使其不漏气。在B管上用注射器将溶液吸至G球的三分之二位置。使B管上口通大气，球G中的液面下降。立即松开夹子，使C管通大气，球D中溶液回到球F中。此时球G液面应离刻线a较远。当液面流经刻线a时，立即启动秒表，开始计量时间。当液面降至刻线b时，停止秒表，记录液面由a至b所需的时间 。重复操作三次，测量值之间不得大于0.3s，取平均值。 3、依次由A管处用移液管加入5，5，5，10，10ml蒸馏水，混合均匀后，溶液浓度变为：。每次加入水后，恒温10min，用上述同样方法测定流过时间。 注意每次加蒸馏水后，应用注射器将溶液抽至G球，并使之流下，反复数次，以保证粘度计中各处溶液的浓度均匀。 4、倒出溶液，用蒸馏水清洗粘度计，尤其要注意洗净粘度计毛细管及球E等部分。最后测定蒸馏水的流过时间。 说明：聚乙烯醇溶液很容易形成泡沫，而泡沫的存在直接影响流过时间的测定，甚至使实验不能进行。 因此，在聚乙烯醇溶液中加入几滴正丁醇以破泡沫。为保证实验数据的规律性，在纯溶剂中也应加入同样 多的正丁醇。同时，在实验操作中，抽吸液体必须缓慢，避免气泡的形成。若D球中有气泡，应将其赶到 球F中去。液面升到球E中时液面上不得有气泡，这是实验成败的关