黏度法测定高聚物的相对分子质量

实验109　黏度法测定高聚物的相对分子质量

实验目的

测定聚乙二醇的相对分子质量；掌握用伍氏黏度计测定黏度的方法。

实验原理

高聚物在稀溶液中的黏度是它在流动过程所存在的内摩擦的反映，内摩擦的总和以η表示，纯溶剂的黏度以η₀表示，为了比较这两种黏度，引入增比黏度η_sp：

式中：η_r为相对黏度。因黏度与溶液的浓度有关，从而引入比浓黏度的概念，以η_sp/c表示，又定义lnη_r/c为比浓对数黏度，c的单位通常为g·mL^－1。当溶液无限稀释时，比浓黏度趋于一个极限值，即

根据实验，在足够稀的溶液中，有

这样以η_sp/c及lnη_r/c对c作图得两条直线，这两条直线在纵坐标轴上相交于同一点，可求得［η］的数值。为了绘图方便，引进相对浓度c′，即c′＝c/c₁，其中，c为溶液的真实浓度，c₁为溶液的起始浓度，由η_sp/c′及lnη_r/c′对c′作图可知，［η］＝A/c₁，其中A为截距。再由半经验的Mark－Houwink方程来求得，即

式中：M为高聚物的相对分子质量；K、α为常数，与温度有关，35℃时，聚乙二醇的K ＝6.88×10^－2，α＝0.64。

根据泊塞勒公式η＝K′ρt，则溶液的相对黏度为

由此可见，由黏度法测高聚物相对分子质量，最基础的测定是t₀、t、c，实验的成败和准确度取决于测量液体所流经的时间的准确度、配制溶液浓度的准确度和恒温槽的恒温程度、安装黏度计的垂直位置的程度以及外界的震动等因素。黏度法测定高聚物相对分子质量时，要注意以下几点。

（1）溶液浓度的选择。通常选用相对黏度η_r＝1.2～2.0所对应的浓度范围。

（2）溶剂的选择。要考虑其溶解度、价格、来源、沸点、分解性和回收等方面的因素。

（3）恒温槽的温度波动为±0.05℃。

（4）黏度测定中异常现象的近似处理。当以η_sp/c′－c′和以lnη_r/c′－c′作图，且两条直线的截距不相同时，以η_sp/c′－c′的截距来求［η］。

实验用品

仪器　恒温槽；伍氏黏度计；停表等。

试剂　聚乙二醇；正丁醇等。

实验步骤

（1）高聚物溶液的配制。称取2g聚乙二醇放入50mL烧杯中，注入约30mL蒸馏水，稍稍加热使溶解。待冷至室温，加入1滴正丁醇，并移入50mL容量瓶中，定容至刻度。

（2）安装黏度计。黏度计必须干净、干燥，在侧管C（见图6－33）上端套一软胶管，用夹子夹紧使之不漏气。调节恒温槽至35℃，把黏度计垂直放入恒温槽中，使球1完全浸没在水中，调节搅拌马达至合适的速度，以免产生剧烈震动，影响测定结果。

（3）溶剂流出时间t₀的测定。用移液管取10mL蒸馏水由A管（见图6－33）注入黏度计中。待恒温后，将溶剂吸至球1中，然后除去C管的夹子，让溶剂依靠重力自由流下。当液面达到刻度a时，开始计时，当液面下降到刻度b时，再按停表。记录溶剂流经毛细管的时间t₀。重复三次，每次相差不超过0.2s，取其平均值。

（4）溶液流出时间的测定。取2.5mL配制好的聚乙二醇溶液加入黏度计中，用吸耳球将溶液反复抽吸至球1内几次，使混合均匀，测定c′＝1/5的流出时间t₁，然后再依次加入1mL、1.5mL、5mL聚乙二醇溶液，配成相对浓度分别为7/27、1/3、1/2的溶液，并分别测定流出时间（t₂、t₃、t₄）。每个数据重复三次，取平均值。实验完毕，黏度计应洗净，然后倒置使其晾干。

图6－33　伍氏黏度计

实验结果与数据处理

（1）将实验数据记录于表6－16中。

表6－16　黏度法测定聚乙二醇的相对分子质量的实验数据

（2）作η_sp/c′－c′和lnη_r/c′－c′图，并外推至c′＝0，从截距求出［η］。

（3）由［η］＝KM^α式求出聚乙二醇的相对分子质量M。

思考题

（1）特性黏度［η］是怎样测定的？为什么？

（2）分析实验成功与失败的原因。