粘度法测高聚物的相对分子质量

一、实验目的

1.     测定右旋糖苷的相对分子质量平均值。

2.     掌握用乌氏粘度计测定粘度的原理和方法。

二、实验原理

高聚物可由单体分子经加聚或缩聚后得到。无论是天然高聚物还是合成高聚物，摩尔质量都不均一，所以高聚物的摩尔质量是一个平均值。高聚物相对分子质量的测定方法很多，比较起来，粘度法设备简单，操作方便，实验精度好，是常用的方法之一。

粘度法测定高聚物相对分子质量是利用高聚物分子溶液的粘度和相对分子质量间的经验方程式来计算，高聚物不同，溶剂不同，相对分子质量范围不同，需使用不同的经验方程式。

当液体流动时，液体分子相互作用产生的摩擦力，称为内摩擦力，它可由粘度来度量。内摩擦力越大，粘度越大。纯溶剂的粘度η₀度量的是溶剂分子间的内摩檫力，高聚物溶液的粘度η度量的是高聚物分子间、高聚物分子与溶剂分子间以及溶剂分子间的内摩檫力的总和。一般来说，η＞η₀。

相对于溶剂，溶液粘度增加的分数称为增比粘度η_sp，即：

                      (Ⅱ-20-1)

故增比粘度η_sp度量的是高聚物分子间、高聚物分子与溶剂分子间的内摩檫力的总和。

而溶液粘度与纯溶剂粘度的比值称作相对粘度η_r，即：

                      (Ⅱ-20-2)

高聚物溶液的增比粘度η_sp往往随质量浓度c的增加而增加。为了便于比较，将单位浓度下的增比粘度称为比浓粘度，而称为比浓对数粘度。当溶液极稀时，高聚物分子相隔很远，其相互作用可以忽略，此时

                       (Ⅱ-20-3)

 [η]称为特性粘度，反映了无限稀释溶液的内摩檫力，其值取决于溶剂性质和高聚物分子的大小与形态。η_sp和η_r均是无因次量，所以[η]的单位是浓度c单位的倒数。在极稀的高聚物溶液中，、与c的关系符合下述经验关系式：

                (Ⅱ-20-4)

                (Ⅱ-20-5)

式中：к和β均为常数。这是两直线方程，通过、对c作图，外推至c=0时所得截矩即为。显然，对于同一高聚物，由两线性方程作图外推所得截矩交于同一点，如图Ⅱ-20-1所示。

图Ⅱ-20-1   外推法求特性粘度

高聚物的特性粘度与高聚物平均相对分子质量M_r的关系可用下面经验式表示：

                     (Ⅱ-18-6)

其中K，α是与温度，高聚物及溶剂的性质有关的常数。对右旋糖苷水溶液，温度为25℃时，，α=0.5。

本实验采用毛细管法测定粘度，通过测定一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。当液体在重力作用下流经毛细管时，遵守Poiseuille定律：

                  (Ⅱ-20-7)

式中：为流经毛细管液体的体积；r为毛细管半径；为液体密度；为毛细管长度；为流出时间；是作用于毛细管中溶液上的平均液柱高度；为重力加速度。

用同一粘度计在相同条件下测定两个液体的粘度时，其粘度之比为

                      (Ⅱ-20-8)

图Ⅱ-20-2乌氏粘度计

若溶液很稀时，（溶剂密度），则

                     (Ⅱ-20-9)

所以只需测定溶液和溶剂在毛细管中的流出时间就可以得到。

由此可见，由粘度法测高聚物摩尔质量，实验测定数据为t，t₀，c，实验的成败和准确度取决于测量液体在毛细管中的流出时间的准确度，配制溶液浓度的准确度，恒温槽的控温精度，垂直安装粘度计的正确程度以及外界的震动等因素。

三、仪器与试剂

               

恒温槽               1套	乌氏粘度计                 1支
容量瓶（100mL）     4只	洗耳球                     1只
移液管（10mL）      2支	秒表                       1块
右旋糖苷（分析纯）

四、实验步骤

 

测定t

五、数据记录与处理

原始溶液浓度：                      实验温度：                

表Ⅱ-20-1  粘度测定实验数据

                                                                                                                                                           

序号	浓度   （g·mL-1）	t				ηr	ηsp		㏑ηr
		1	2	3
1
2
3
4
5
6

1.  数据记录，按表Ⅱ-20-1填写。

2.  作图和图，并外推至=0,求出截矩，即可得到[η]。                                 

3.       由式求出右旋糖酐的相对分子质量。

六、注意事项

1.       测流出时间，重复三次，每次相差不应超过0.2秒，取其平均值。如果相差太大，则应检查毛细管有无堵塞现象；查看恒温槽温度是否符合。

1. 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。

2. 3.   为除掉灰尘的影响，粘度计和移液管放于大烧杯中后，用保鲜薄膜覆盖。

3. 4.  粘度计要垂直放置。实验过程中不要振动粘度计。

4. 5.   测定样品时，顺序为从小浓度到大浓度。

5. 6.   用吸球在B处将溶剂吸入球2和球1中时，不能将液体吸到吸球内。

6. 七、思考题

7. 1.       测量时粘度计倾斜放置会对测定结果有什么影响？

8. 2.       本实验中，引起误差的主要原因是什么？

9. 3.       本实验所用三管粘度计有什么优点？能否用双管粘度计？为什么？

10. 4.       用粘度法测定高聚物相对分子质量有何局限性？

11. 5.       如何选择粘度计毛细管的粗细？毛细管太粗和太细各有什么缺点？

12. 八、安全提示

用铁架台将粘度计固定在恒温水浴中时，注意防止粘度计掉落和夹碎。