实验十四 粘度的测定和应用 完成完成八、思考题八、思考题 七、数据处理七、数据处理六、注意事项六、注意事项 五、实验步骤五、实验步骤 四、仪器药品四、仪器药品 三、实验原理三、实验原理 二、二、预习要求预习要求一、实验目的一、实验目的一、实验目的 1.测定线型高聚物聚乙二醇（或聚丙烯酰胺，测定线型高聚物聚乙二醇（或聚丙烯酰胺，或聚乙烯醇）的粘均分子量或聚乙烯醇）的粘均分子量2.掌握用乌贝路德掌握用乌贝路德(Beholder)粘度计测粘度计测定粘度的方法定粘度的方法完成完成上一页上一页主菜单主菜单二、预习要求二、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了解乌氏粘度计结构的特点主菜单主菜单 上一页上一页 完成完成三、实验原理（1）分分子子量量是是表表征征化化合合物物特特性性的的基基本本参参数数之之一一但但高高聚聚物物分分子子量量大大小小不不一一，参参差差不不齐齐，一一般般在在103107之之间间，所所以以通通常常所所测测高高聚聚物物的的分分子子量量是是平平均均分分子子量量测测定定高高聚聚分分子子量量的的方法很多，对线型高聚物，各方法适用的范围如下方法很多，对线型高聚物，各方法适用的范围如下:端基分析端基分析3104沸点升高，凝固点降低，等温蒸馏沸点升高，凝固点降低，等温蒸馏3104渗透压渗透压104106光散射光散射104107离心沉降及扩散离心沉降及扩散104107粘度法粘度法104107主菜单主菜单上一页上一页完成完成 其中粘度法设备简单，操作方便，有相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，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，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。
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粘度求分子量时，常用到下面一些名词(见下见下表表)如果高聚物分子的分子量愈大，则它与溶剂间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特性粘度和分子量之间的经验关系式为: -式中式中，M为粘均分子量为粘均分子量;K为比例常数为比例常数;是与是与分子形状有关的经验参数分子形状有关的经验参数K和和值与温度、聚合物、值与温度、聚合物、溶剂性质有关，也和分子量大小有关溶剂性质有关，也和分子量大小有关K值受温度的值受温度的影响较明显，而影响较明显，而值主要取决于高分子线团在某温度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，其数值介于下，某溶剂中舒展的程度，其数值介于1之间K与与的数值可通过其它绝对方法确定，例如渗透压法、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光散射法等，从粘度法只能测定得。
名词与符号名词与符号物理意义物理意义纯溶剂粘度纯溶剂粘度0溶剂分子与溶剂分子间的内摩擦表现出来的粘度溶剂分子与溶剂分子间的内摩擦表现出来的粘度 溶液粘度溶液粘度 溶剂分子与溶剂分子之间、高分子与高分子之间溶剂分子与溶剂分子之间、高分子与高分子之间和高分子与溶剂分子之间，三者内摩擦的综合表和高分子与溶剂分子之间，三者内摩擦的综合表现现 相对粘度相对粘度r r=/0溶液粘度对溶剂粘度的相对值溶液粘度对溶剂粘度的相对值 增比粘度增比粘度SPsp=(-0)/0=/0-1=r-1高分子与高分高分子与高分子之间，纯溶剂与高分子之间的内摩擦子之间，纯溶剂与高分子之间的内摩擦效应效应 比浓粘度比浓粘度sp/C 单位浓度下所显示出的粘度单位浓度下所显示出的粘度 特性粘度特性粘度 反映高分子与溶剂分子之间的内摩擦反映高分子与溶剂分子之间的内摩擦 在无限稀释条件下：在无限稀释条件下：图图1外推法求外推法求 完成上一页主菜单获获得得的的方方法法有有二二种种:一一种种是是以以SP/C对对C作作图图，外外推推到到C0的的截截距距值值;另另一一种种是是以以lnr/C对对C作作图图，也也外外推推到到C0的的截截距距值值，如如图图1所所示示，两两根根线应会合于一点，这也可校核实验的可靠性。
线应会合于一点，这也可校核实验的可靠性完成完成主菜单主菜单上一页上一页 测定粘度的方法主要有毛细管法、转筒法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，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，可通过毛细管粘度计中，因重力作用流出时，可通过泊肃叶泊肃叶(Poiseuille)公式计算粘度公式计算粘度式中，式中，为液体的粘度为液体的粘度；为液体的密度为液体的密度；L为毛细管的长度为毛细管的长度；r为毛细管的半径为毛细管的半径；t为流出为流出的时间的时间；h为流过毛细管液体的平均液柱高度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为流经毛细管的液体体积；m为毛细管末端为毛细管末端校正的参数校正的参数(一般在一般在r/L1时，可以取时，可以取m=1)对于某一只指定的粘度计而言，可以写成下式对于某一只指定的粘度计而言，可以写成下式式中，式中，t为溶液的流出时间；为溶液的流出时间；t0为纯溶剂的流出时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，从所以通过溶剂和溶液在毛细管中的流出时间，从(6)式求得式求得r，再由图，再由图1求得求得。
式中，式中，B1，当流出的时间，当流出的时间t在在2min左右左右(大于大于100s)，该项，该项(亦称动能校正项亦称动能校正项)可以从略可以从略又因通常测定是在稀溶液中进行又因通常测定是在稀溶液中进行C110-2gcm-3)，所以溶液的密度和溶剂的密度近似，所以溶液的密度和溶剂的密度近似相等，因此可将相等，因此可将r写成写成:高聚高 高高聚聚物物溶溶液液的的特特性性粘粘度度与与高高聚聚物物摩摩尔尔质质量量M之之间间的的关关系系：Mark-Houwink经经验验方方程程式：式：式中式中M为粘均分子量，为粘均分子量，K、是与温度、高聚物及是与温度、高聚物及溶剂有关的常数溶剂有关的常数四、仪器药品 （1）1.仪器仪器玻璃恒温水浴玻璃恒温水浴1套套;乌氏粘度计乌氏粘度计1只只;秒表秒表1只只;容量瓶容量瓶(100ml)1个；个；移液管移液管(10mL)2只；只；移液管移液管(5mL)1只只;洗耳球洗耳球1只只;玻璃砂芯漏斗玻璃砂芯漏斗1个；个；自由夹一只自由夹一只;橡皮管橡皮管(约约5cm长长)2根根 主菜单主菜单上一页上一页完成完成聚乙二醇（或聚丙烯酰胺，或聚乙烯醇；聚乙二醇（或聚丙烯酰胺，或聚乙烯醇；NaNO3(3moldm-3和和1moldm-3)；蒸馏水蒸馏水图图1乌贝路德粘计乌贝路德粘计返回图图2奥氏粘度计奥氏粘度计本实验用乌贝路德粘度计，又叫气承悬柱式粘度计。
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，其构造如图操作手续，其构造如图1所示 （1）完成完成主菜单主菜单上一页上一页1.先用洗液将粘度计洗净，再用自来水、蒸馏水分别冲洗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.调节恒温槽温度至调节恒温槽温度至(30.00.1)，在粘度计的，在粘度计的B管和管和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的聚丙烯胺溶液10mL和和NaNO3溶液溶液(3moldm-3)5mL，由，由A管注入粘度计中，在管注入粘度计中，在C管处用洗耳球打气，使溶液混合管处用洗耳球打气，使溶液混合均匀，浓度记为均匀，浓度记为C1，恒温，恒温10min，进行测定测定方法，进行测定。
测定方法如下如下:将将C管用夹子夹紧使之不通气，在管用夹子夹紧使之不通气，在B管用洗耳球将管用洗耳球将溶液从溶液从F球经球经D球、毛细管、球、毛细管、E球抽至球抽至G球球23处，解去夹处，解去夹子，让子，让C管通大气，此时管通大气，此时D球内的溶液即回入球内的溶液即回入F球，使毛球，使毛细管以上的液体悬空细管以上的液体悬空2）主菜单主菜单上一页上一页完成完成毛细管以上的液体下落，当液面流经毛细管以上的液体下落，当液面流经a刻度时，立即按停表刻度时，立即按停表开始记时间，当液面降至开始记时间，当液面降至b刻度时，再按停表，测得刻度刻度时，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，之间的液体流经毛细管所需时间重复这一操作至少三次，它们间相差不大于它们间相差不大于s，取三次的平均值为，取三次的平均值为t1 ，然后依次由，然后依次由A管管用移液管加入用移液管加入5mL、5mL、10mL、15mLNaNO3溶液溶液(1moldm-3)，将溶液稀释，使溶液浓度分别为，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，用同法测定每份溶液流经毛细管的时间t2、t3、t4、t5。
应注意每次加入应注意每次加入NaNO3溶液后，要充分混合均匀，并抽洗溶液后，要充分混合均匀，并抽洗粘度计的粘度计的E球和球和G球，使粘度计内溶液各处的浓度相等球，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管部分用1moldm-3NaNO3洗洗12次，然后由次，然后由A管加入约管加入约15mL1moldm-3NaNO3溶液用同法测定溶剂流出的时间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注意：实验完毕后，粘度计一定要用蒸馏水洗干净六、注意事项 垂直垂直放置，实验过程中不要振动粘度放置，实验过程中不要振动粘度计，否则将影响结果的准确性计，否则将影响结果的准确性上一页上一页主菜单主菜单完成完成1.粘粘度度计计必必须须洁洁净净（必必要要时时可可用用洗洗液液），高高聚聚物物溶溶液液中中若若有有絮絮状状物物不不能能将将它它移移入入粘粘度度计计中中（可可用用砂砂芯芯漏漏斗斗过滤）2.本实验溶液的稀释是直接在粘度计中进行的，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因此每加入一次溶剂进行稀释时必须混合均匀混合均匀，并抽，并抽洗洗E球和球和G球。
球3.实验过程中恒温槽的实验过程中恒温槽的温度温度要要恒定恒定，溶液每次稀释，溶液每次稀释恒温后才能测量恒温后才能测量七、数据处理 1.将所测的实验数据及计算结果填入下表中将所测的实验数据及计算结果填入下表中原始溶液浓度原始溶液浓度C0(gcm-3);恒温温度恒温温度SP/CC及及lnr/CC图，并外推到图，并外推到C0由截距求出由截距求出C(gcm-3) t1/s t2/s t3/s t平均/s r lnr SP SP/C lnr/C C1 C2 C3 C4 C5 3.由公式由公式(1)计算聚丙烯酰胺的粘均分子量，计算聚丙烯酰胺的粘均分子量，K，值查附录值查附录。