粘度法测定聚乙二醇的相对分子质量 大学化学实验P 浙江大学.docx

粘度法测定聚乙二醇的相对分子质量1.引言聚合物相对分子质量及其分布对于它的性能影响很大，通过相对分子质量的测定，可 了解聚合物的性能、指导和控制聚合条件，以获得具有优良性能的产品聚合物的相对分子 质量是一个统计的平均值，因测定方法不同而异本实验所采用的粘度法具有设备简单、操 作方便的特点，因而得到广泛应用2. 实验原理聚合物溶液的特点是黏度特别大，原因在于其分子链长度远大于溶剂分子，加上溶剂化 作用，使其在流动时受到较大的内摩擦阻力黏性液体在流动过程中，必须克服内摩擦阻力 而做功黏性液体在流动过程中所受阻力的大小可用黏度系数（简称黏度）来表示kg・m- 1 , st）聚合物溶液的黏度n则是聚合物 n0三者之和在相同温度下，通 °记作nsp，即纯溶剂黏度反映了溶剂分子间的内摩擦力，记作n0， 分子间的内摩擦、聚合物分子与溶剂分子间的内摩擦以及 常n〉n°,相对于溶剂，溶液黏度增加的分数称为增比黏度 n =（n-no）/no 溶液黏度与纯溶剂黏度的比值称作相对黏度，'记作n：，即n =n/nonr反映的也是溶液的黏度行为；而n p则意味着已扣除了溶剂分子间的内摩擦效应，仅反映 了聚合物分子与溶剂分子间和聚合物分子间的内摩擦效应。

聚合物溶液的增比黏度nsp往往随质量浓度C的增加而增加为了便于比较，将单位浓 度下所显示的增比黏度n p /Cs称为比浓黏度，而Innr/C则称为比浓黏度当溶液无限稀释 时，聚合物分子彼此相隔甚远，它们的相互作用可忽略，此时有关系式lim sp - lim匕=[q] c T 0 c c T0 c[n]称为特性黏度，它反映的是无限稀释溶液中聚合物分子与溶剂分子间的内摩擦，其在足够稀的聚合物溶液里，n /C与C和n /C与C之间分别符合下述经验关系式:值取决于溶剂的性质及聚合物分子的大小和形态由于n和n均是无因次量，所以[n]的 单位是质量浓度C单位的倒数 r "sp rnsp/C=[n] + k [n]2Cln nr/C=[n]-B[n]2C上两式中k和B分别称为Huggins和Kramer常数这是两直线方程，通过nsp/C对C或Innr/C对C作图， 外推至C=0时所得截距即为[耳]显然，，'对于同一聚合物，由两线性方程作图外推所得截距交于同一点，如图 1[1 ]所示图1外推法求特性粘度聚合物溶液的特性黏度［n ］与聚合物相对分子质量之间的关系，通常用带有两个参数 的Mark-Houwink经验方程式来表示:式中〃门是黏均相对分子质量，3分别是与温度、聚合物及溶剂的性质有关的常数， 只能通过一些绝对实验方法（如膜渗透压法、光散射法等）确定。

聚乙二醇水溶液在 30°C时 K=12.5X106m3 - kg-i,a =0.78图2乌氏粘度计本实验采用毛细管法测定黏度，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本实验使用的乌氏 黏度计如图2［2］所示当液体在重力作用下流经毛细管时，其遵 守 Poiseuille 定律：冗pr41 兀hpgr41门= = 8lV 8lV式中：n为液体的黏度，kg • m-1 • s-1；p为当液体流动时在毛细管两端间的压力差（即是液体密度 P，重力加速度g和流经毛细管液体的平均液柱高度h这三者的 乘积），kg • m-1 . s-1；r为毛细管的半径，m； V为流经毛细管的液体体积m3； t为 V体积液体的流出时间，s； l为毛细管的长度，m用同一黏度计在相同条件下测定两个液体的黏度时，它们的 黏度之比就等于密度与流出时间之比n_ =门 p i p i2 2 2 2 2如果用已知黏度n 1的液体作为参考液体，则待测液体的黏度n2可通过上式求得在测定溶剂和溶液的相对黏度时，如溶液的浓度不大（C<1X1okg・m-3），溶液的密度与、，一，， 门 i溶剂的密度可近似地看作相同，故，叩= =一r 叩 ° 10所以只需测定溶液和溶剂在毛细管中的流出时间就可得到n。

3. 仪器和药品 r 仪器 恒温槽1套；乌氏粘度计1支；洗耳球1只；5mL移液管1支；10mL移液管2 支；；25mL移液管1支；100mL容量瓶5只；秒表1只试剂 8.00% （质量分数）聚乙二醇储备液；去离子水4. 操作方法和实验步骤1. 准备工作将恒温水槽调至30C±0.1C2. 溶液配制分别移取5mL、10mL、15 mL、20 mL、25 mL 8.00% （质量分数）聚乙二醇储备液于 100mL容量瓶中，用水定容至刻度3. 洗涤黏度计先用热洗液浸泡，再用自来水、蒸馏水冲洗4. 测定溶剂流出时间to将黏度计垂直夹在恒温槽内将一定量（约20ml）水自入管注入黏度计内，恒温数分 钟，夹紧C管上连结的乳胶管，同时在连接B管的乳胶管上接洗耳球慢慢抽气，待液体升至 G球的一半左右即停止抽气，打开C管乳胶管上夹子使毛细管内液体同D球分开，用秒表测 定液面在a、b两线间移动所需时间重复测定3次，每次相差不超过0.2—0.3s，取平均 值5. 测定溶液流出时间t取出黏度计，倒出溶剂水用待测溶液润洗黏度计数次，同步骤4测定流经时间按上述方法从稀到到浓依次测定溶液的流经时间6. 实验结束后，将溶液倒入回收瓶内，用溶剂仔细冲洗黏度计3次，最后用溶剂浸泡，备用。

5. 实验数据记录和处理室温：25.4C恒温槽水温：29.8C大气压：98.75kPa聚乙二醇水溶液密度值随温度变化函数P =1.04101-1.19*10-3t/C°=1.005548*103 kg - m-3溶液浓度C=wP（kg • m-3）将测得的数据及根据原理计算出的各个数据记录于下表表1时间与浓度、粘度数据记录计算表c(kg-m-3)tl/st2/st3/st/snrH spn sp/clnr|r/c0127.88127.7127.8127.794.022192148.09148.13148.1148.111.1590.1590.03950.03678.044384170.49170.47170.5170.491.3340.3340.04150.035812.066576196.30196.39196.4196.391.5370.5370.04450.035616.088768224.89224.89224.95224.911.7600.7600.04720.035120.11096253.88253.71253.8253.801.9860.9860.04900.0341图3 lnnr/c和n sp/c与c的关系6. 实验结果与分析以lnnr/c和nsp/c分别对c作图，并作线性外推求得截距，bj 0.0370, b2= 0.0372,平 均值为 0.0371,即[n]= 0.0371 m 3 - kg-i。

根据蛆=K. M— K=12.5*10-6m3・kg-i,a=0.78,求得M门=2 . 83X 104 由文献［3 ］可知合理区间为（2~500）*10 4故实验结果合理.实验过程中由于恒温槽精度问题，常观测到温度有小幅波动，波动的温度会导致测量到的时 间产生误差由于每组实验间粘度计并不进行完全彻底的清洗，故前一组残留液也会导致测量误差参考文献：［1］王国平，张培敏，王永尧编.中级化学实验（第二版）［M］.北京:科学出版社,2017.233-237.。