黏度法测定水溶性高聚物相对分子质量

PAGEPAGE4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：2009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η0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ηsp：ηsp=(η-

η0)/η0溶液粘度与纯溶剂粘度之比称为相对粘度ηr：ηr=η

/η0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：ηsp=

η/η0-1=ηr

-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ηsp/c。而将ln

ηr/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：ηsp/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

ηr/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ηr：ηr=η/η0=t

/t0根据测定值可以进一步计算增比粘度（ηr-1），比浓粘度（ηsp/c），比浓对数粘度（ln

ηr/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项项目加水V/mlC/g•ml-1H2Ot/sηrηspln

ηr/cηsp/c00.0456.101.1880.1884.3074.70020.03354.911.1530.1534.3144.63630.02752.681.00950.0953.3613.51950.0251.501.0790.0793.8023.950100.01350.251.0470.0473.5333.615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