黏度法測定水溶性高聚物相對分子質(zhì)量第1頁，共16頁，2023年，2月20日，星期四一、實驗?zāi)康模?）了解黏度法測定高聚物相對分子質(zhì)量的基本原理和公式。（2）掌握用烏氏(Ubbelohde)黏度計測定黏度的原理和方法。（3）測定聚乙二醇的相對分子質(zhì)量。第2頁，共16頁，2023年，2月20日，星期四二、實驗原理

高聚物在稀溶液中的黏度，主要反映了液體在流動時存在的內(nèi)摩擦。其中有溶劑分子與溶劑分子之間的內(nèi)摩擦，表現(xiàn)出的黏度叫純?nèi)軇ざ?，記為?，還有高聚物分子間的內(nèi)摩擦，以及高聚物分子與溶劑分子之間的內(nèi)摩擦，三者的總和表現(xiàn)為溶液的黏度，記為η。相對于溶劑，溶液黏度增加的分?jǐn)?shù)稱為增比黏度，記為ηsp，即：相對黏度ηr反映的是溶液的黏度行為，增比黏度ηsp則反映的是扣除了溶劑分子之間的內(nèi)摩擦效應(yīng)，僅留下純?nèi)軇┡c高聚物分子之間，以及高聚物分子之間的內(nèi)摩擦效應(yīng)。

因為液體黏度的絕對值測定很困難，所以一般都是測定溶液與溶劑的相對黏度ηr：第3頁，共16頁，2023年，2月20日，星期四二、實驗原理

溶液的濃度越大，黏度也越大，為了便于比較，引入比濃黏度ηsp/c及比濃對數(shù)黏度lnηr/c。當(dāng)溶液無限稀釋時，每個高聚物分子彼此相隔極遠(yuǎn)，其相互間的內(nèi)摩擦可忽略不計，此時溶液所表現(xiàn)出的黏度主要反映了高聚物分子與溶劑分子間的內(nèi)摩擦，定義為特性黏度[η]，其值與濃度無關(guān)，僅取決于溶劑的性質(zhì)及高聚物分子的形態(tài)與大小。

在足夠稀的高聚物溶液中第4頁，共16頁，2023年，2月20日，星期四二、實驗原理實驗證明，當(dāng)聚合物、溶劑和溫度確定以后，特性黏度[η]的數(shù)值只與高聚物平均相對分子質(zhì)量有關(guān)，它們之間的半經(jīng)驗關(guān)系可用Mark-Houwink方程式表示：式中K為比例常數(shù)，α是與分子形狀有關(guān)的經(jīng)驗常數(shù)。K和α的數(shù)值只能通過其他方法確定，

第5頁，共16頁，2023年，2月20日，星期四二、實驗原理式中ρ為液體的密度；l是毛細(xì)管長度；r是毛細(xì)管半徑；t是流出時間；h是流經(jīng)毛細(xì)管液體的平均液柱高度；g為重力加速度；V是流經(jīng)毛細(xì)管液體的體積；m是與儀器的幾何形狀有關(guān)的常數(shù)，在r/l<<l時，可取m＝l。

測定液體黏度的方法，主要有毛細(xì)管法（測定液體通過毛細(xì)管的流出時間）；落球法（測定圓球在液體里的下落速度）及轉(zhuǎn)筒法（測定液體在同心軸圓柱體間相對轉(zhuǎn)動的影響）。在測定高分子溶液的特性黏度[η]時，以毛細(xì)管法最為方便。當(dāng)液體在毛細(xì)管黏度計內(nèi)因重力作用而流出時，遵守泊肅葉（Poiseuille）定律：第6頁，共16頁，2023年，2月20日，星期四對某一支指定的黏度計而言，令式中β＜1，當(dāng)t＞100s時，等式右邊第二項可以忽略。又因通常測定是在稀溶液中進(jìn)行，所以溶液的密度ρ與溶劑密度ρ0近似相等。這樣，通過分別測定溶液和溶劑的流出時間t和t0，就可求算ηr：二、實驗原理由前述可知，黏度法測定高聚物相對分子質(zhì)量，最基礎(chǔ)的是測定t0、t、c，實驗的關(guān)鍵和準(zhǔn)確度在于測量液體流經(jīng)毛細(xì)管的時間、溶液濃度的準(zhǔn)確度和恒溫程度等因素。第7頁，共16頁，2023年，2月20日，星期四三、儀器與試劑1、儀器恒溫水浴1套烏氏黏度計1只10mL移液管2只5mL移液管1只停表1只洗耳球1只彈簧夾1只約5cm長乳膠管2根3號砂芯漏斗2個2、試劑聚乙二醇(分析純)蒸餾水第8頁，共16頁，2023年，2月20日，星期四四、實驗步驟（1）將恒溫水浴調(diào)至30℃±0.1℃。（2）配制溶液準(zhǔn)確稱量聚乙二醇樣品約2.5g，用100mL容量瓶配成水溶液。如溶液中有不溶物，則須用預(yù)先洗凈并烘干的3號砂芯漏斗過濾，過濾時不能用濾紙，以免纖維混入，裝入錐形瓶中備用。（3）黏度計的洗滌所用黏度計必須洗凈，因為微量的灰塵油污等會導(dǎo)致局部的堵塞現(xiàn)象，影響溶液在毛細(xì)管中流動，引起較大的誤差，所以在實驗前應(yīng)徹底洗凈烘干。先用熱洗液（經(jīng)砂芯漏斗過濾）浸泡，再用自來水、蒸餾水分別沖洗幾次。每次都要注意反復(fù)流洗毛細(xì)管部分，洗好后烘干備用。其他容量瓶移液管等都要徹底洗凈，做到無塵。第9頁，共16頁，2023年，2月20日，星期四四、實驗步驟（4）溶液流出時間的測定安裝好黏度計，用移液管吸取已知濃度的聚乙二醇溶液10.00mL，由A管注入黏度計中，在C管處用洗耳球打氣，使溶液混合均勻，濃度記為c1，恒溫10min，進(jìn)行測定。測得刻度a、b之間的液體流經(jīng)毛細(xì)管所需時間。重復(fù)三次，偏差應(yīng)小于0.3s，取其平均值，即為t1值。然后依次由A管用移液管準(zhǔn)確加入5.00mL、5.00mL、10.00mL、10.00mL蒸餾水，將溶液稀釋，使溶液濃度分別為c2、c3、c4、c5，按上述方法分別測定溶液流經(jīng)毛細(xì)管的時間t2、t3、t4、t5應(yīng)注意每次稀釋后都要將溶液在F球中充分?jǐn)噭?可用洗耳球打氣的方法，但不要將溶液濺到管壁上)，然后將稀釋液抽洗黏度計的毛細(xì)管、E球和G球，使黏度計內(nèi)各處溶液的濃度相等，而且須恒溫。

（5）溶劑流出時間的測定用蒸餾水洗凈黏度計，尤其要反復(fù)流洗黏度計的毛細(xì)管部分。由A管加入約15mL蒸餾水。用同法測定溶劑流出的時間t0。第10頁，共16頁，2023年，2月20日，星期四五、注意事項

（1）高聚物在溶劑中溶解緩慢，配制溶液時必須保證其完全溶解，否則，會影響溶液起始濃度，而導(dǎo)致結(jié)果偏低。（2）對于黏度計，有時微量的灰塵、油污等會產(chǎn)生局部的堵塞現(xiàn)象，影響溶液在毛細(xì)管中的流速，從而導(dǎo)致較大的誤差。因此，黏度計必須潔凈，如毛細(xì)管壁上掛有水珠，需用洗液浸泡(洗液經(jīng)砂芯漏斗過濾除去微粒雜質(zhì))，高聚物溶液中若有絮狀物不能將它直接移入黏度計中，也應(yīng)用干凈干燥的砂芯漏斗過濾后方可使用。檢查洗耳球里面是否有污染物，不要讓污染物堵塞毛細(xì)管。第11頁，共16頁，2023年，2月20日，星期四五、注意事項（3）本實驗溶液的稀釋是直接在黏度計中進(jìn)行的，因此，每加入一次溶劑進(jìn)行稀釋時必須混合均勻，并抽洗E球和G球，要注意多次(不少于三次)用稀釋液抽洗毛細(xì)管，保持黏度計內(nèi)各處濃度相等。

（4）液體黏度的溫度系數(shù)較大，實驗中應(yīng)嚴(yán)格控制溫度恒定，溶液每次稀釋恒溫后才能測量，否則難以獲得重現(xiàn)性結(jié)果。（5）測定時黏度計要垂直放置，實驗過程中不要振動黏度計，否則，影響實驗結(jié)果的準(zhǔn)確性。（6）用洗耳球抽提液體時，要避免氣泡進(jìn)人毛細(xì)管以及G、E球內(nèi)進(jìn)入，若有氣泡則要讓液體流回F球后，重新抽提。第12頁，共16頁，2023年，2月20日，星期四六、實驗記錄與處理（1）將所有記錄與處理結(jié)果填入表1。恒溫水浴溫度

℃。準(zhǔn)確稱量的聚乙二醇質(zhì)量

g，起始濃度c1＝g·mL-l。溶劑流出時間t0＝

，

，

，平均值

。（2）以ηsp/c及l(fā)nηr/c對c作圖，得兩條直線，外推至c＝0處，由截距求出［η］。（3）聚乙二醇的水溶液在25℃時，K=15.6×10-2mL·g-1，α=0.5，在30℃時，K=1.25×10-2mL·g-1，α=0.78。由求出聚乙二醇的平均相對分子質(zhì)量。

第13頁，共16頁，2023年，2月20日，星期四表1數(shù)據(jù)記錄與處理結(jié)果溶液/mL1010101010溶劑（累計毫升數(shù)）05102030溶液濃度/g·mL-l溶液流出時間t/s123平均值ηrηsp

ηsp/clnηr/c第14頁，共16頁，2023年，2月20日，星期四七、思考題（1）烏氏黏度計中支管C有何作用？除去支管C是否仍可測定黏度?（2）烏氏黏度計的毛細(xì)管太粗或太細(xì)，對實驗有何影響?如何選擇合適的毛細(xì)管?（3）特性黏度［η］就是溶液無限稀釋時的比濃黏度，它和純?nèi)軇┑酿ざ扔袩o區(qū)別?為什么要用［η］來求算高聚物的相對分子質(zhì)量?（4）評價黏度法測定水溶性高聚物相對分子質(zhì)量的優(yōu)缺點，適用的相對分子質(zhì)量范圍是多少?并指出影響準(zhǔn)確測定結(jié)果的因素。

第15頁，共16頁，2023年，2月20日，星期四除了烏氏粘度計，生產(chǎn)實際中經(jīng)常使用奧氏粘度計測定高聚物的平均摩爾質(zhì)量。奧氏粘度計的結(jié)構(gòu)如圖所示，其操作方法與烏氏粘度計類似，但是，