粘度法测定不同牌号的聚乙烯醇的相对分子质量实验报告

同组人×××（2）、×××（3）、×××（4）、×××（5）、×××（6）

闽南师范大学应用化学专业实验报告

题目：粘度法测定不同牌号的聚乙烯醇的相对分子质量

应化×××B1组

0 前言

实验目的：1、测定不同牌号的聚乙烯醇的相对平均分子质量。 2、掌握用乌氏粘度计测定溶液的原理和方法。 实验原理：

在高聚物的研究中，相对分子质量是一个不可缺少的重要数据。因为它不仅反映了高聚物分子的大小，并且直接关系到高聚物的物理性能。但与一般的无机物或低分子的有机物不同，高聚物多是相对分子质量不等的混合物，因此通常测得的相对分子质量是一个平均值。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，并有很好的实验精度，是常用的方法之一。

又由于稀溶液的密度与溶剂密度近似相等,在这些近似条件下,可将相对粘度ηr 写成: 增比粘度为:

t0t00spr10r特性粘数值与浓度无关，量纲是浓度的倒数。

聚合物溶液特性粘数与聚合物分子量的关系

以往大量的实验证明，对于给定聚合物在给定的溶剂和温度下，特性粘数[η]的数值仅由给定聚合物的分子量所决定，[η]与给定聚合物的粘均分子量Mh的关系可以由Mark-Houwink方程表示：

其中：K ——比例常数；

α——扩张因子，与溶液中聚合物分子链的形态有关；

Mh——粘均分子量。

K、α与温度、聚合物种类和溶剂性质有关，K值受温度的影响较明显，而α值主要取决于聚合物分子链线团在溶剂中舒展的程度，一般介于0.5～1.0之间。在一定温度时，对给定的聚合物-溶剂体系，一定的分子量范围内K、α为一常数，[η]只与分子量大小有关。K、α值可从有关手册中查到，或采用几个标准试样由上式进行确定，标准试样的分子量由绝对方法（如渗透压和光散射法等）确定。如聚乙烯醇的水溶液在25℃时，α=0.76，K=0.02mL/g；在30℃时，α=0.64，K=0.0666mL/g。[1]

聚合物溶液粘度与溶液浓度间的关系

在一定温度下，聚合物溶液粘度对浓度有一定依赖关系。描述溶液粘度的浓度依赖性的公式很多，而应用较多的有：

哈金斯（Huggins）方程

以及克拉默（Kraemer）方程

对于给定的聚合物在给定温度和溶剂时，k＇、β应是常数，其中k＇称为哈金斯（Huggins）常数。它表示溶液中聚合物分子链线团间、聚合物分子链线团与溶剂分子间的相互作用，k＇值一般说来对分子量并不敏感。对于线形柔性链聚合物-良溶剂体系，k＇=0.3～0.4，k＇+β=0.5。用1nηr/c对c的图外推和用ηsp/c对c的图外推可得到共同的截矩-特性粘度[η]，如图1所示.

图1. 1nηr/c和ηsp/c对c作图

上述作图求特性粘度[η]的方法称为稀释法或外推法，结果较为可靠。但在实际工作中，往往由于试样少，或要测定大量同品种的试样，由于实验中存在一定误差，交点可能在前，也可能在后，也有可能两者不相交，出现这种情况，就以ηsp/C对C作图求出[η]。

1 实验方案

1.1 实验材料

实验仪器：SYP-3型恒温水浴；乌氏粘度计；10mL移液管3支；秒表一只；洗耳球一个；止水夹2个；乳胶管2个。

实验试剂：正丁醇（A.R.）；聚乙烯醇；去离子水。 1.2 实验流程与步骤

实验步骤：

（1）

打开恒温槽，设定温度为30.0±0.01℃。将乌氏粘度计（如图2）在恒温槽中恒温10min（注意垂直放置）。

（2）

溶液流出时间测定在C,B管上均套上，将粘度计垂直放入恒温槽内，使G球完全浸入水浴中。用移液管取10mL聚乙烯醇水溶液（5.000g/L），由A管加入粘度计内，由B管口滴入2滴正丁醇以消泡。恒温10min。用止水夹夹紧C管乳胶管，使C管不透气，用洗耳球在B管的上端吸气，将水从F球经D球、毛细管、E球抽至G球一半处；松开C管上夹子，使其通气，此时D球内溶液回入F球，使毛细管以上的液体悬空；毛细管以上的液体下落，当凹液面最低处流经刻度a线时，立刻按下秒表开始计时，至b处则停止计时。记下液体流经a、b之间所需的时间。重复测定三次，偏差小于0.4s，取平均值，即为t1值。

（3）

不同浓度溶液流出时间的测定向粘度计中依次加入4.00，4.00，4.00，4.00mL去离子水，补加的水不能超过D球，用上述方法分别测量不同

浓度时粘度计垂直放置的t值。每次稀释后用洗耳球将液体混匀2min，并多次抽洗粘度的E球和G球以及毛细管部分。

（4）

溶剂（水）流出时间他t0的测定倒出粘度计中的溶液，先用自来水冲洗粘度计多次。再用蒸馏水洗10次以上，每洗一次都要将水流经毛细管，保证毛细管洗干净。向粘度计内注入纯水20mL，恒温5min后按照上述方法进行测定，重复测定三次，偏差小于0.4s，取平均值，即为t0值。

（5）

清洗仪器关闭电源，清洗移液管和粘度计多次，特别冲洗干净毛细管，用纯水注满粘度计，实验完毕。整理桌面卫生。

1.3 分析条件与方法

条件：30.00℃恒温条件下

方法：采用作图法的外推法利用Huggins和Kramer两根直线方程作图，一根是以ηsp/C对C作图，外推到C→0的截距值，另一根是1nηr/C对C作图，外推到C→0的截距值，两根线应汇合于一点，如果实验产生误差，交点可能在前，也可能在后，也有可能两者不相交，出现这种情况，就以ηsp/C对C作图求出[η]。[1]

2 实验数据处理

2.1 原始数据

表一 B1组数据 流出时间/min 项目 1 2 3 聚乙烯醇12mL 1'58\"17 1'58\"21 1'57\"96 聚乙烯醇12mL+水4mL 1'51\"79 1'51\"64 1'51\"84 聚乙烯醇12mL+水8mL 1'48\"41 1'48\"42 1'48\"52 聚乙烯醇12mL+水12mL 1'47\"14 1'47\"52 1'47\"74 聚乙烯醇12mL+水16mL 1'43\"42 1'43\"42 1'43\"09 溶剂（水）20mL 1'35\"75 1'35\"97 1'35\"75 表二 B2组数据 流出时间/min 项目 1 2 3 聚乙烯醇12mL 2'12\"33 2'12\"44 2'12\"65 聚乙烯醇12mL+水4mL 1'58\"50 1'58\"80 1'58\"57 聚乙烯醇12mL+水8mL 聚乙烯醇12mL+水12mL 聚乙烯醇12mL+水16mL 溶剂（水）20mL 1'51\"88 1'46\"81 1'44\"67 1'26\"64 1'52\"07 1'47\"18 1'44\"71 1'26\"63 1'52\"08 1'46\"97 1'44\"50 1'26\"28 表三 B3组数据 流出时间/min 项目 1 2 3 聚乙烯醇12mL 2'41\"7 2'41\"7 2'41\"9 聚乙烯醇12mL+水4mL 2'19\"3 2'19\"2 2'19\"4 聚乙烯醇12mL+水8mL 2'08\"2 2'08\"4 2'08\"3 聚乙烯醇12mL+水12mL 2'01\"4 2'01\"8 2'01\"5 聚乙烯醇12mL+水16mL 1'57\"7 1'57\"6 1'57\"5 溶剂（水）20mL 1'35\"8 1'36\"1 1'35\"6

2.2 数据处理过程

以表一B1组的数据为例，进行计算

以浓度C=5.000g/L 为例计算，t11=118.17s，t12=118.21s，t13=117.96s，t01=95.75s，t02=95.97s，t03=95.75s ，查表得：30℃时，α=0.64，k=0.0666mL/g=0.0000666L/g

所以 t1=（t11+t12+ t13）=118.11s，t0=（t01+t02+t03）=95.82s ηr=t1/t0=118.11/95.82=1.2326 ηsp=ηr-1=1.2326-1=0.2326 ηsp/C=0.2326/5.000=0.0465L/g 1nηr=ln1.2326=0.2091

1nηr/C=0.2091/5.000=0.0418L/g

同理可求出C=3.750g/L，3.000g/L，2.500g/L，2.143g/L时的t，ηr，ηsp，ηsp/C，ηr，1nηr/C值。得出下表四：

表四 B1数据处理汇总 浓度C（g/L） 5.000 3.750 3.000 2.500 2.143 0.000 时间/s 1 118.17 111.79 108.41 107.14 103.42 95.75 2 118.21 111.64 108.42 107.52 103.42 95.97 3 117.96 111.84 108.52 107.74 103.09 95.75 平均t 118.11 111.76 108.45 107.47 103.31 95.82 ηr=t/t0 1.2326 1.1663 1.1318 1.1215 1.0781 1 ηsp=ηr-1 0.2326 0.1663 0.1318 0.1215 0.0781 0 ηsp/C （L/g） 0.0465 0.0443 0.0439 0.0486 0.0365 - 1nηr 0.2091 0.1538 0.1238 0.1147 0.0752 0 1nηr/C （L/g） 0.0418 0.0410 0.0413 0.0459 0.0351 - 根据表中数据，以C为横坐标，ηsp/C，1nηr/C为纵坐标，作ηsp/C-C和1nηr/C-C的线性关系图如下图所示：

图一B1数据0.0600 0.0500 0.0400 0.0300 0.0200 -1.000 0.000 1.000 2.000 3.000 4.000 5.000 6.000 y = 0.000x + 0.038R² = 0.059y = 0.001x + 0.037R² = 0.207ηsp/C1nηr/C 由图可知，两直线的截距不相等，所以取ηsp/C-C得截距得特性粘度[η]=0.0379 由

得

0.0379=0.0000666Mη^0.64

计算得Mη=20181.12

同理由表二 B2组的数据也可以得出表五的数据，然后绘出图二，求出[η]=0.088，Mη=75261.99

同理由表三 B3组的数据也可以得出表六的数据，然后绘出图三，求出[η]=0.0798，Mη=64595.32 2.3 数据处理结果汇总

表四 B1数据处理汇总(1788) 浓度C（g/L） 5.000 3.750 3.000 2.500 2.143 0.000 时间/s 1 118.17 111.79 108.41 107.14 103.42 95.75 2 118.21 111.64 108.42 107.52 103.42 95.97 3 117.96 111.84 108.52 107.74 103.09 95.75 平均t 118.11 111.76 108.45 107.47 103.31 95.82 ηr=t/t0 1.2326 1.1663 1.1318 1.1215 1.0781 1 ηsp=ηr-1 0.2326 0.1663 0.1318 0.1215 0.0781 0 ηsp/C （L/g） 0.0465 0.0443 0.0439 0.0486 0.0365 - 1nηr 0.2091 0.1538 0.1238 0.1147 0.0752 0 1nηr/C （L/g） 0.0418 0.0410 0.0413 0.0459 0.0351 - 图一B1数据0.0600 0.0500 0.0400 0.0300 0.0200 -1.000 0.000 1.000 2.000 3.000 4.000 5.000 6.000 y = 0.000x + 0.038R² = 0.059y = 0.001x + 0.037R² = 0.207ηsp/C1nηr/C [η]=0.0379 ，Mη=20181.12

表五 B2数据处理汇总(1799) 浓度C（g/L） 5.000 3.750 3.000 2.500 2.143 0.000 时间/s 1 132.33 118.5 111.88 106.81 104.67 86.64 2 132.44 118.8 112.07 107.18 104.71 86.63 3 132.65 118.57 112.08 106.97 104.5 86.28 平均t 132.47 118.62 112.01 106.99 104.63 86.52 ηr=t/t0 1.5312 1.3711 1.2947 1.2366 1.2093 1 ηsp=ηr-1 0.5312 0.3711 0.2947 0.2366 0.2093 0 ηsp/C （L/g） 0.1062 0.0990 0.0982 0.0946 0.0977 - 1nηr 0.4260 0.3156 0.2583 0.2124 0.1901 0 1nηr/C （L/g） 0.0852 0.0842 0.0861 0.0849 0.0887 - 图二B2组数据0.1200 y = 0.003x + 0.088R² = 0.810ηsp/C0.0800 y = -0.000x + 0.088R² = 0.3201nηr/C0.1000 0.0600 -1.000 0.000 1.000 2.000 3.000 4.000 5.000 6.000 [η]=0.088，Mη=75261.99

表六 B3数据处理汇总(PVA-124) 浓度C（g/L） 5.000 3.750 3.000 2.500 2.143 0.000 时间/s 1 161.7 139.3 128.2 121.4 117.7 95.8 2 161.7 139.2 128.4 121.8 117.6 96.1 3 161.9 139.4 128.3 121.5 117.5 95.6 平均t 161.8 139.3 128.3 121.6 117.6 95.8 ηr=t/t0 1.6880 1.4536 1.3388 1.2685 1.2271 1 ηsp=ηr-1 0.6880 0.4536 0.3388 0.2685 0.2271 0 ηsp/C （L/g） 0.1376 0.1210 0.1129 0.1074 0.1060 - 1nηr 0.5235 0.3740 0.2918 0.2379 0.2047 0 1nηr/C （L/g） 0.1047 0.0997 0.0973 0.0951 0.0955 - 图三B3组数据0.1600 0.1400 0.1200 0.1000 0.0800 0.0600 -2.000 -1.000 0.000 1.000 2.000 3.000 4.000 5.000 6.000 y = 0.003x + 0.087R² = 0.973y = 0.011x + 0.079R² = 0.988ηsp/C1nηr/C [η]=0.0798，Mη=64595.32

3结果分析与讨论

1nηr/C-C和ηsp/C-C的截距不一样，即他们的[η]值不一样，可能是因为人为操作有很大的误差导致的。

定粘度的过程对温度的恒定要求很高。测定去离子水的时间to时，由于恒温时间不够，各个数据之间的平行性不好，而后的各个t的平行性因为恒温时间都很长，所以相对去离子水的数据就好很多了。可见，粘度对温度的变化是非常灵敏的。

另外，乌氏粘度计中在a、b线间如果有气泡，对实验数据也有很大的影响。虽然没有搞清楚是底是增大粘度还是减少粘度，但无疑，t2受到气泡的影响使数据之间的平行性受到了很大的影响。赶气泡效果最好的方法是把所有的液体都先赶下去再吸上来。吸的过程中乌氏粘度计的c管当然是要堵住的。

4 对本实验的建议

(a).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。

(b).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，并抽洗毛细管、E球和G球。

(c).实验过程中恒温槽的温度要恒定，溶液每次稀释恒温后才能测量。 (d).粘度计要垂直放置。实验过程中不要振动粘度计。

参考文献：

[1]应用化学专业实验指导书（上）吴文炳张婷编