吉首大学：化学实验教学资源（实验指导）黏度法测定水溶性高聚物相对分子质量

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黏度法测定水溶性高聚物相对分子质量 吉首大学化学实验教学中心

1实验目的111111（1）了解黏度法测定高聚物相对分子质量的基1本原理和公式。1（2）掌握用乌氏(Ubbelohde)黏度计测定黏度的1原理和方法。111(3)1测定聚乙二醇的相对分子质量。一一11意1111111拉福11111E1111稻11111111111111E11111

一、实验目的 （1）了解黏度法测定高聚物相对分子质量的基 本原理和公式。 （2）掌握用乌氏(Ubbelohde)黏度计测定黏度的 原理和方法。 （3）测定聚乙二醇的相对分子质量

黏度法测定水溶性高聚物相对分子质量实验八十五预习提问智景1、溶液的黏度与哪些因素有关？2、什么是相对黏度r、增比黏度Ⅱsp、比浓黏度sp/c、比浓对数黏度lnr/c、特性黏度［n］?3、特性黏度「1与高聚物平均相对分子质量有何关系？￥114、实验中是如何测定特性黏度[n]?5、黏度法测定高聚物相对分子质量的准确度影响因素有哪些?操作上如何保证准确度？？6如果出现得到的线性回归直线不能与公式对应如何办？？智1

实验八十五 黏度法测定水溶性高聚物相对分子质量 预习提问 1、溶液的黏度与哪些因素有关？ 2、什么是相对黏度ηr、增比黏度ηsp、比浓黏度 ηsp/c、比浓对数黏度lnηr/c、特性黏度[η]？ 3、特性黏度[η] 与高聚物平均相对分子质量有何关 系？ 4、实验中是如何测定特性黏度[η]？ 5、黏度法测定高聚物相对分子质量的准确度影响因 素有哪些?操作上如何保证准确度？？ 6、如果出现得到的线性回归直线不能与公式对应如 何办？？

吉二、实验原理高聚物相对分子质量不仅反映了高聚物分子的大小，而且直接关系到它的物理性能，是个重要的基本参数。与一般的无机物或低分子的有机物不同，高聚物多是相对分子质量大小不同的大分子混合物，所以通常所测高聚物相对分子质量是一个统计平均值。高聚物相对分子质量的测定方法很多，对线性高聚物有端基分析、沸点升高、凝固点降低、等温蒸馏、渗透压、光散射和超离心沉降及扩散等分析方法。这些方法除端基分析外，一般都需要较复杂的仪器设备，并且操作复杂。粘度法测定高聚物相对分子质量，设备简单，操作方便，有相当好的实验精度，其适用的相对分子质量范围为104-107

二、实验原理 高聚物相对分子质量不仅反映了高聚物分子的大小，而且 直接关系到它的物理性能，是个重要的基本参数。与一般的无 机物或低分子的有机物不同，高聚物多是相对分子质量大小不 同的大分子混合物，所以通常所测高聚物相对分子质量是一个 统计平均值。 高聚物相对分子质量的测定方法很多，对线性高聚物有 端基分析、沸点升高、凝固点降低、等温蒸馏、渗透压、光 散射和超离心沉降及扩散等分析方法。这些方法除端基分析 外，一般都需要较复杂的仪器设备，并且操作复杂。粘度法 测定高聚物相对分子质量，设备简单，操作方便，有相当好 的实验精度，其适用的相对分子质量范围为104-107

吉二、实验原理高聚物在稀溶液中的黏度，主要反映了液体在流动时存在的内摩擦。其中有溶剂分子与溶剂分子之间的内摩擦，表现出的黏度叫纯溶剂黏度，记为no，还有高聚物分子间的内摩擦，以及高聚物分子与溶剂分子之间的内摩擦，三者的总和表现为溶液的黏度，记为Ⅱ。n因为液体黏度的绝对值测定很困难，所nrno以一般都是测定溶液与溶剂的相对黏度Ⅱr相对于溶剂，溶液黏度增加的n-non. -1Z分数称为增比黏度，记为Ⅱsp，即：no香相对黏度反映的是溶液的黏度行为，增比黏度ns则反映的是扣除了溶剂分子之间的内摩擦效应，仅留下纯溶剂与高聚物分子之间，以及高聚物分子之间的内摩擦效应

二、实验原理 高聚物在稀溶液中的黏度，主要反映了液体在流动时存在 的内摩擦。其中有溶剂分子与溶剂分子之间的内摩擦，表现出 的黏度叫纯溶剂黏度，记为η0，还有高聚物分子间的内摩擦， 以及高聚物分子与溶剂分子之间的内摩擦，三者的总和表现为 溶液的黏度，记为η。  0   r  相对于溶剂，溶液黏度增加的 分数称为增比黏度，记为ηsp，即： 1 0 0    sp  r     相对黏度ηr反映的是溶液的黏度行为，增比黏度ηsp则反 映的是扣除了溶剂分子之间的内摩擦效应，仅留下纯溶剂与 高聚物分子之间，以及高聚物分子之间的内摩擦效应。 因为液体黏度的绝对值测定很困难，所 以一般都是测定溶液与溶剂的相对黏度ηr：

吉祥二、实验原理溶液的浓度越大，黏度也越大，为了便于比较，引入比浓黏度nsp/c及比浓对数黏度lnr/c。当溶液无限稀释时，每个高聚物分子彼此相隔极远，其相互间的内摩擦可忽略不计，此时溶液所表现出的黏度主要反映了高聚物分子与溶剂分子间的内摩擦，定义为特性黏度『Ⅱ]，其值与浓度无关，仅取决于溶剂的性质及高聚物分子的形态与大小。Innrnsp[n]- limlim1c->0c-→0CCnp/c2/u12Inn,/e在足够稀的高聚物溶液中2np =[n]+ K'[nPc香Inn =[n]- β[nP c图1外推法求［]

二、实验原理 溶液的浓度越大，黏度也越大，为了便于比较，引入比浓 黏度ηsp /c及比浓对数黏度lnηr /c。当溶液无限稀释时，每个高聚 物分子彼此相隔极远，其相互间的内摩擦可忽略不计，此时溶 液所表现出的黏度主要反映了高聚物分子与溶剂分子间的内摩 擦，定义为特性黏度[η]，其值与浓度无关，仅取决于溶剂的 性质及高聚物分子的形态与大小。 在足够稀的高聚物溶液中   c c r c sp c    ln lim lim 0 0     K   c c sp ' 2          c c ln r 2      

吉祥二、实验原理1实验证明，当聚合物、溶剂和温度确定以后，特性黏度[]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可用马克-豪威克（Mark-Houwink）方程式表示：1[n] = KM11I1式中K为比例常数，α是与分子形状有关的经验常数。K和α的数值只能通过其他方法确定1稻n-nnnplcyua-1n1snrInn,/eno1Fn福1Innrnsp[] = limlimc-0C0cc11图1外推法求[n]1

二、实验原理 实验证明，当聚合物、溶剂和温度确定以后，特性黏度[η] 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 关系可用马克-豪威克 （Mark-Houwink）方程式表示： 式中K为比例常数，α是与分子形状有关的经验常数。K和α的 数值只能通过其他方法确定，      K M  0   r  1 0 0    sp  r       c c r c sp c    ln lim lim 0 0  

二、实验原理11测定液体黏度的方法，主要有毛细管法（测定液体通过毛细管的流出时间）：落球法（测定圆球在液体里的下落速度）及转筒法或旋转法（测定液体在同心轴圆柱体间相对转动的影响）。在测定高分子溶液的特性黏度[l时，以毛细管法最为方便。当液体在毛细管黏度计内因重力作用而流出时，遵守泊肃叶（Poiseuille）定律：V元hgrin1m11181V8元ltp1111是流式中p为液体的密度；是毛细管长度；r是毛细管半径；出时间；h是流经毛细管液体的平均液柱高度；g为重力加速度；V是流经毛细管液体的体积；m是与仪器的几何形状有关的常数，在r/l<<I时，可取m=l

二、实验原理 式中ρ为液体的密度；l是毛细管长度；r是毛细管半径；t是流 出时间；h是流经毛细管液体的平均液柱高度；g为重力加速 度；V是流经毛细管液体的体积；m是与仪器的几何形状有关 的常数，在r/l <<l时，可取m＝l 。 测定液体黏度的方法，主要有毛细管法（测定液体通过 毛细管的流出时间）；落球法（测定圆球在液体里的下落速 度）及转筒法或旋转法（测定液体在同心轴圆柱体间相对转 动的影响）。在测定高分子溶液的特性黏度[η]时，以毛细管 法最为方便。当液体在毛细管黏度计内因重力作用而流出时， 遵守泊肃叶（Poiseuille）定律： lt V m lV hgr t     8 8 4  

二、实验原理mV元hg对某一支指定的黏度计而言，令Bα81V8元lVβ元hgrnnaαt81V8元ltpp式中β100s时，等式右边第二项可以忽略。又因通常测定是在稀溶液中进行，所以溶液的密度p与溶剂密度Po近似相等。这样，通过分别测定溶液和溶剂的流出时间t和to，就可求算n：秒1由前述可知，黏度法测定高聚物相对分子质量，最基础的是测定t菌t、c，实验的关键和准确度在于测量液体流经毛细管的时间、溶液浓度的准确度和恒温程度等因素

对某一支指定的黏度计而言，令 lt V m lV hgr t     8 8 4   l mV lV hgr     8 , 8 4   t t       式中β＜1，当t＞100s时，等式右边第二项可以忽略。又因 通常测定是在稀溶液中进行，所以溶液的密度ρ与溶剂密度 ρ0近似相等。这样，通过分别测定溶液和溶剂的流出时间t 和t0，就可求算ηr： 二、实验原理 0 0 t t r      由前述可知，黏度法测定高聚物相对分子质量，最基础的是 测定t0、t、c，实验的关键和准确度在于测量液体流经毛细管 的时间、溶液浓度的准确度和恒温程度等因素

111B三、 仪器与试剂C111O1111、仪器11I2、试剂C1套恒温水浴聚乙二醇E1只乌氏黏度计(分析纯)2只10mL移液管1蒸馏水11只5mL移液管111只停表吉111111111只洗耳球1111只弹簧夹11112根约5cm长乳胶管1111112个3号砂芯漏斗11111乌氏黏图2值1[1111度计结构示意图111111111111

三、仪器与试剂 1、仪器 恒温水浴 1套 乌氏黏度计 1只 10mL移液管 2只 5mL移液管 1只 停表 1只 洗耳球 1只 弹簧夹 1只 约5cm长乳胶管 2根 3号砂芯漏斗 2个 2、试剂 聚乙二醇 (分析纯) 蒸馏水