实验十四粘度的测定和应用

实验十四粘度的测定和应用 一、实验目的二、预习要求三、实验原理四、仪器药品六、注意事项五、实验步骤七、数据处理八、思考题完成

一、实验目的 1.测定线型高聚物聚乙二醇（或聚丙烯酰胺，或聚乙烯醇）的粘均分子量。 2.掌握用乌贝路德(Beholder)粘度计测定粘度的方法。主菜单上一页完成

二、预习要求 1.了解粘度法测定高聚物分子量的基本原理和公式。 2.了解乌氏粘度计结构的特点。主菜单上一页完成

三、实验原理（1） 分子量是表征化合物特性的基本参数之一。但高聚物分子量大小不一，参差不齐，一般在103～107之间，所以通常所测高聚物的分子量是平均分子量。测定高聚分子量的方法很多，对线型高聚物，各方法适用的范围如下: 端基分析<3×104 沸点升高，凝固点降低，等温蒸馏<3×104 渗透压104～106 光散射104～107 离心沉降及扩散104～107 粘度法104～107 主菜单上一页完成

其中粘度法设备简单，操作方便，有相当好的实验精度，但粘度法不是测分子量的绝对方法，因为此法中所用的特性粘度与分子量的经验方程是要用其它方法来确定的，高聚物不同，溶剂不同，分子量范围不同，就要用不同的经验方程式。其中粘度法设备简单，操作方便，有相当好的实验精度，但粘度法不是测分子量的绝对方法，因为此法中所用的特性粘度与分子量的经验方程是要用其它方法来确定的，高聚物不同，溶剂不同，分子量范围不同，就要用不同的经验方程式。高聚物在稀溶液中的粘度，主要反映了液体在流动时存在着内摩擦。在测高聚物溶液粘度求分子量时，常用到下面一些名词(见下表)。

如果高聚物分子的分子量愈大，则它与溶剂间的接触表面也愈大，摩擦就大，表现出的特粘度也大。特性粘度和分子量之间的经验关系式为:如果高聚物分子的分子量愈大，则它与溶剂间的接触表面也愈大，摩擦就大，表现出的特粘度也大。特性粘度和分子量之间的经验关系式为: ------式中，M为粘均分子量;K为比例常数;α是与分子形状有关的经验参数。K和α值与温度、聚合物、溶剂性质有关，也和分子量大小有关。K值受温度的影响较明显，而α值主要取决于高分子线团在某温度下，某溶剂中舒展的程度，其数值介于0.5～1之间。K与α的数值可通过其它绝对方法确定，例如渗透压法、光散射法等，从粘度法只能测定得［η］。

在无限稀释条件下： 图1 外推法求［η］获得［η］的方法有二种:一种是以ηSP/C对C作图，外推到C→0的截距值;另一种是以lnηr/C对C作图，也外推到C→0的截距值，如图1所示，两根线应会合于一点，这也可校核实验的可靠性。主菜单上一页完成

测定粘度的方法主要有毛细管法、转筒法和落球法。在测定高聚物分子的特性粘度时，以毛细管流出法的粘度计最为方便。若液体在毛细管粘度计中，因重力作用流出时，可通过泊肃叶(Poiseuille)公式计算粘度。测定粘度的方法主要有毛细管法、转筒法和落球法。在测定高聚物分子的特性粘度时，以毛细管流出法的粘度计最为方便。若液体在毛细管粘度计中，因重力作用流出时，可通过泊肃叶(Poiseuille)公式计算粘度。 ——式中，η为液体的粘度；ρ为液体的密度；L为毛细管的长度；r为毛细管的半径；t为流出的时间；h为流过毛细管液体的平均液柱高度；V为流经毛细管的液体体积；m为毛细管末端校正的参数(一般在r/L<<1时，可以取m=1)。主菜单完成上一页

对于某一只指定的粘度计而言，可以写成下式 式中，B<1，当流出的时间t在2min左右(大于100s)，该项(亦称动能校正项)可以从略。又因通常测定是在稀溶液中进行C<1×10-2g·cm-3)，所以溶液的密度和溶剂的密度近似相等，因此可将 ηr写成: 式中，t为溶液的流出时间；t0为纯溶剂的流出时间。所以通过溶剂和溶液在毛细管中的流出时间，从(6)式求得ηr，再由图1求得［η］。

高聚物溶液的特性粘度[η]与高聚物摩尔质量M之间的关系：Mark-Houwink经验方程式：高聚物溶液的特性粘度[η]与高聚物摩尔质量M之间的关系：Mark-Houwink经验方程式：高聚高式中M为粘均分子量，K、α是与温度、高聚物及溶剂有关的常数。

四、仪器药品（1） 玻璃恒温水浴1套; 乌氏粘度计1只; 秒表1只; 容量瓶(100ml)1个；移液管(10mL)2只；移液管(5mL)1只; 洗耳球1只; 玻璃砂芯漏斗1个；自由夹一只; 橡皮管(约5cm长)2根 1.仪器 2.药品聚乙二醇（或聚丙烯酰胺，或聚乙烯醇；[NaNO3(3mol·dm-3和1mol·dm-3)]；蒸馏水主菜单上一页完成

本实验用乌贝路德粘度计，又叫气承悬柱式粘度计。它的最大优点是可以在粘度计里逐渐稀释从而节省许多操作手续，其构造如图1所示。本实验用乌贝路德粘度计，又叫气承悬柱式粘度计。它的最大优点是可以在粘度计里逐渐稀释从而节省许多操作手续，其构造如图1所示。图2 奥氏粘度计图1 乌贝路德粘计返回

五.实验步骤（1） 1.先用洗液将粘度计洗净，再用自来水、蒸馏水分别冲洗几次，每次都要注意反复流洗毛细管部分，洗好后烘干备用。 2.调节恒温槽温度至(30.0±0.1)℃，在粘度计的B管和C管上都套上橡皮管，然后将其垂直放入恒温槽，使水面完全浸没G球。 3.溶液流出时间的测定：用移液管分别吸取已知浓度的聚丙烯胺溶液10mL和NaNO3溶液(3mol·dm-3)5mL，由A管注入粘度计中，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。测定方法如下:将C管用夹子夹紧使之不通气，在B管用洗耳球将溶液从F球经D球、毛细管、E球抽至G球23处，解去夹子，让C管通大气，此时D球内的溶液即回入F球，使毛细管以上的液体悬空。主菜单上一页完成

（2） 毛细管以上的液体下落，当液面流经a刻度时，立即按停表开始记时间，当液面降至b刻度时，再按停表，测得刻度a、b之间的液体流经毛细管所需时间。重复这一操作至少三次，它们间相差不大于0.3s，取三次的平均值为t1 ，然后依次由A管用移液管加入5mL、5mL、10mL、15mLNaNO3溶液(1mol·dm-3)，将溶液稀释，使溶液浓度分别为C2、C3、C4、C5，用同法测定每份溶液流经毛细管的时间t2、t3、t4、t5。应注意每次加入NaNO3溶液后，要充分混合均匀，并抽洗粘度计的E球和G球，使粘度计内溶液各处的浓度相等。用蒸馏水洗净粘度计，尤其要反复流洗粘度计的毛细管部分。用1mol·dm-3NaNO3洗1～2次，然后由A管加入约15mL1mol·dm-3NaNO3溶液。用同法测定溶剂流出的时间t0。注意：实验完毕后，粘度计一定要用蒸馏水洗干净主菜单上一页完成

六、注意事项 1.粘度计必须洁净（必要时可用洗液），高聚物溶液中若有絮状物不能将它移入粘度计中（可用砂芯漏斗过滤）。 2.本实验溶液的稀释是直接在粘度计中进行的，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。 3.实验过程中恒温槽的温度要恒定，溶液每次稀释恒温后才能测量。 4.粘度计要垂直放置，实验过程中不要振动粘度计，否则将影响结果的准确性。主菜单上一页完成

七、数据处理 1.将所测的实验数据及计算结果填入下表中。原始溶液浓度C0(g·cm-3);恒温温度℃ 2.作ηSP/C—C及lnηr/C—C图，并外推到C→0由截距求出［η］。 3.由公式(1)计算聚丙烯酰胺的粘均分子量，K，α值查附录。上一页主菜单完成

思考题 1.乌贝路德粘度计中支管C有何作用？除去支管C是否可测定粘度? 2.粘度计的毛管太粗或太细有什么缺点? 3.粘度法测定高聚物的分子量有何局限性？该法适用的高聚物摩尔质量范围是多少？主菜单上一页完成

附表聚乙二醇在不同温度下的K、值（水为溶剂）

参考资料 • 1、《物理化学实验》，（第二版）山东大学等校编。 • 2、《物理化学实验》，（第二版）复旦大学编。 • 3、《物理化学实验》，P（第二版）南京大学编。 • 4、网上资料

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