黏度法测高聚物分子量

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1、华 南 师 范 大 学 实 验 报 告学生姓名 平璐璐 学 号 20132401179 专 业 化学(师范) 年级、班级 13级一班 课程名称 物理化学实验 实验项目 黏度法测定水溶性高聚物分子量 实验类型 验证设计综合 实验时间 2016 年 4 月 7 日 实验指导老师 林晓明 实验评分 1、 实验目的1.测定多糖聚合物-右旋糖苷的平均分子量； 2.掌握用乌式黏度计测定黏度的原理和方法。2、 实验原理 高聚物摩尔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。与一般的无机物或低分子的有机物不同，高聚物多是摩尔质量大小不同的大分子混合物，所以通常所测高聚物的分子量是一种统计的平均

2、分子量。 用粘度法测定的分子量称“黏均分子量”记作 高聚物稀溶液的黏度（）是流体在流动时摩擦力大小的反映，这种流动过程中的内摩擦力主要有：纯溶剂间的内摩擦，也就是纯溶剂的粘度，记作0，高聚物分子与溶剂分子间的内摩擦，以及高聚物分子间的内摩擦。这三种内摩擦的综合成为高聚物溶液的黏度 实验证明，在相同温度下， 0，相对于溶剂，其溶液粘度增加的分数，称为增比粘度，记作, 称为相对粘度，即溶液粘度对溶剂粘度的相对值。 高聚物溶液的sp往往随浓度增加而增大，为了便于比较，定义单位浓度的增比黏度sp/c为比浓黏度，定义lnsp/c为比浓对数黏度。当溶液溶液无限稀释，高聚物分子彼此相隔甚远，其相互作用可以忽

3、略不计。此时比浓粘度趋近于一个极限值，即： 称为特性粘度，在足够稀的溶液中,比浓黏度sp/c和比浓对数黏度lnsp/c与溶液的浓度有以下的关系（关系公式）： 实验证明，当聚合物、溶剂和温度确定以后，特性粘度的数值只与高聚物平均相对分子量有关，它们之间的半经验关系可用方马克-霍温克方程（Mark-Houwin)来表示 为平均分子量（黏均分子量），K是比例常数，a是与分子形状有关的经验参数。K和a值与温度、聚合物、溶剂性质有关，K值受温度影响明显，而a值主要取决于高分子在某温度下，某溶剂中舒展的程度。K和a数值只能通过其它方法确定（如渗透压法、光散射法等）。 本实验采用毛细管法测定黏度，通过测定一

4、定体积的液体流经一定长度和半径的毛细管所需时间而获得。当液体在毛细管粘度计内因重力作用而流出时遵守泊肃叶（Poiseuille）公式：上式中： 为液体的粘度;为液体的密度;L为毛细管的长度;r为毛细管的半径; t为V体积液体的流出时间;V为流经毛细管的液体体积; h为流过毛细管液体的平均液柱高度;m为毛细管末端校正的参数。泊肃叶（Poiseuille）公式： 对于某一只指定的粘度计而言，上式中许多参数是一定的，因此可以改写成： 式中，B1，当流出的时间t在2min左右(大于100s)，该项可以忽略，即At 又因通常测定是在稀溶液中进行(C110-2gcm-3)，溶液的密度和溶剂的密度近似相等，

5、因此可将r写成 ： t为测定溶液粘度时液面从a刻度流至b刻度的时间；t0为纯溶剂流过的时间。所以通过测定溶剂和溶液在毛细管中的流出时间，从上式求得r，再由外推法求，进而分别计算得到sp、lnsp/c、r/c值。 配置一系列不同浓度的高聚物稀溶液分别进行测定，以和 为同一纵坐标，对c作图，得到两条直线，分别外推至c=0处，两条直线应该在y轴交汇于一点，截距即为A，从而得到。外推法求(值 乌氏黏度计3、 仪器与试剂乌氏黏度计 恒温水浴 砂芯漏斗（3#） 吸滤瓶（250ml）抽气泵 移液管（2ml、5ml、10ml）秒表 锥形瓶（100ml）容量瓶（50ml） 烧杯（50ml）右旋糖苷（A.R） 4

6、、 实验步骤 （一）溶液的配置 用分析天平准确称取2g右旋糖苷样品，倒入预先洗净的50ml烧杯中，加入约60ml蒸馏水，在水浴中加热溶解至完全透明，取出自然冷却至室温，再将溶液移至100ml容量瓶中，并用蒸馏水稀释至刻度。如溶液中有不溶物，则须用预先洗净并烘干的3号砂芯漏斗过滤装入锥形瓶中备用。 （二）黏度计的洗涤 先将黏度计用丙酮反复冲洗，使丙酮流过毛细管部分。 （三）测溶剂流出时间t0 本实验采用乌氏黏度计，它由三根管四个球组成，A管、F球装溶液，C管起平衡作用，B管、D球、E球、G球是粘度计的主体，D球和E球之间是一段毛细管，E球的上边和下边有两道刻度线，我们测定的就是液面流过这两道刻度

7、线所用的时间。 开启恒温水浴和搅拌器电源，调节恒温水浴温度为37。在黏度计的B管和C管的上端套上干燥清洁的乳胶管，将黏度计放入恒温水浴中，在铁架台上调节好黏度计的垂直度和高度，使F球及其以下部分浸在水中，从A管加入10ml左右的蒸馏水，封闭C管，用洗耳球或针筒从B管将水吸至G球的中部，取下洗耳球或针筒，松开C管，此时水顺毛细管流下，当液面流经刻度线a时，立刻按下秒表开始计时，液面到刻度线b时停止计时。记录流经a、b之间所需的时间。重复三次，偏差小于0.2s，取平均值即为t0。（四）测溶液流出时间t 取出粘度计，倾去其中的水，用少量的无水酒精润洗黏度计，连接到水泵上让酒精从毛细管中抽出，然后在烘

8、箱中烘干。重新安装好粘度计，用移液管取溶液10.0ml小心注入粘度计内（不要将溶液粘在黏度计的管壁上），恒温5分钟，在溶液恒温过程中用溶液润洗毛细管。测定溶液的流出时间t，同样重复三次，偏差小于0.2s。依次分别小心加入2.0、3.0、5.0、10.0ml蒸馏水，按上述方法分别测定不同浓度时的t值。每次稀释后都要将溶液在F球中充分搅匀。 5、 实验记录及数据处理1、 实验数据及计算结果见下表（恒温槽温度：37）为了作图方便，假定起始相对浓度是1，根据原理中的公式计算所得数据记录如下表:室温26.3大气压：1.018510-1MPa 项目流出时间t（s） hrhhsphsp/clnhrlnhr/

9、c测量值平均值123 溶剂：水114.38114.20114.43114.34 1 0 0 - -溶液C=1.0157.54157.35157.34157.411.37670.37670.37670.31970.3197C=5/6149.22149.32149.02149.191.30480.3048、0.36580.26600.3193C=2/3143.06142.90142.81142.921.25000.25000.37500.22310.3347C=0.5134.41134.12134.41134.311.17470.17470.34940.16100.3220C=1/3127.621

10、27.62127.41127.551.11550.11550.34650.10930.32792、作SP /c-c及lnr / c-c图，并外推到c0求得截距，以截距除以起始浓度即得，由截距求出拟合直线方程Rlnr / c-cY=0.32905-0.00266X0.90224SP /c-cY=0.33955+0.00777X0.86736 外推c0，得截距A=0.3317，而c=20g/L,则特性浓度=A/c= 0.016585。6、 讨论分析1、计算分子量 右旋糖苷水溶液的参数： 37时，K0.141cm3 /g，a0.46。则根据 ,代入数据可得M=3.17104,通过查阅文献可知，右旋糖

11、苷水溶液高聚物的相对分子质量为21044104，在范围内。2、结果分析与讨论 高聚物相对分子质量是表征聚合物特征的基本参数之一，相对分子质量不同，高聚物的性能差异很大。本次实验理论上应该得到两条直线重合于一点。但由图可知，直线线性很差，因此用外推法得到的相对分子量参考价值不大。 导致该结果的原因分析如下： 1.溶液浓度太稀，测定的T和T0很接近，导致sp 的相对误差比较大； 2.高聚物分子链之间的距离随着浓度的变化而变化，当浓度超过一定的限度时，高聚物溶液的SP /c或lnr / c与c的关系有可能不再呈线性。查阅相关资料知通常选用r =1.22.0的浓度范围，本次实验最后两组数据r均低于1.

12、2，故偏差比较大。 3.恒温水槽由于搅拌器的存在导致粘度计不能保持垂直，致使液体下流时间改变。 4.黏度计中的液体在毛细管中流动还受到其他因素的影响，比如倾斜度、重力加速度、毛细管内壁粗糙度、表面张力、动能改正等的影响，使得测出的流动时间有一定的误差。7、 实验注意事项1、高聚物在溶剂中溶解缓慢，配制溶液时必须保证其完全溶解，否则回影响溶液起始浓度，而导致结果偏低。2、粘度计必须洁净，高聚物溶液中若有絮状物不能将它移入粘度计中。3、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。4、温度对黏度影响很大，实验过程中恒温槽的温度要恒定，溶液每次稀

13、释恒温后才能测量。5、粘度计要垂直放置，实验过程中不要振动粘度计，否则影响结果的准确性。8、 提问与思考1. 乌氏黏度计中的支管C有什么作用？除去支管C是否仍可以测黏度？答：乌氏粘度计由A、B、C三个支管构成，其中，A管是用来装液体的，B管则是测量主件，可以测定液体定向流动一定距离的流动时间，C管则是使B管与大气连通。当毛细管下端的液面下降，毛细管内流下的液体形成一个气承悬液柱，液体流出毛细管下端后沿管壁流下，避免出口处形成湍流现象。或者是减少了a管液面升高对毛细管中液流压力差带来的影响。 除去C管仍可测定，但是要保证每次测量的体积都相同（不适用）。乌氏粘度计由于有C管，故所加待测液的体积不用每次相同，即可以在黏度计中稀释直接稀释液体。若除去C管，液体下流时所受到的压力差gh与管B中液面高度有关，故应保证每次测量的体积相同，也即是另一种黏度计奥氏粘度计，在本次实验中是不适用的。如果没打开C则流出的时间过长，测出的分子量偏大。 2. 评价粘度法测定高聚物相对分子质量的优缺点，指出影响准确测量结果