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实验八 粘度法测定聚合物的分子量

高聚物的分子量是反映高聚物0特性的重要指标，是高分子材料最基本的结构参数之一。其测定方法有：端基测定法、渗透压法、光散射法、超速离心法以及粘度法等。其中粘度法测试仪器比较简单，操作方便，并有较好的精确度，应用普遍。
一、实验目的
1、掌握用乌氏粘度计测定高分子溶液粘度的方法；
2、了解稀释粘度法测定高聚物分子量的基本原理；
3、学会外推法作图求[η]并计算粘均分子量Mη。
二、实验原理
高分子溶液具有比纯溶剂高得多的粘度，其粘度大小与高聚物分子的大小、形状、溶剂性质以及溶液运动时大分子的取向等因素有关。因此，利用高分子粘度法测定高聚物的分子量基于以下经验式：
Mark经验式：

式中：[η]－特性粘数
M－粘均分子量
K－比例常数
α－与分子形状有关的经验参数
K和α值与温度、聚合物、溶剂性质有关，也和分子量大小有关。K值受温度的影响较明显，而α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0.5～1之间。K与α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［η］。
粘度除与分子量有密切关系外，对溶液浓度也有很大的依赖性，故实验中首先要消除浓度对粘度的影响，常以如下两个经验公式表达粘度对浓度的依赖关系：
（8-1）

（8-2）

式中：－相对粘度
－增比粘度
/－比浓粘度
－溶液浓度
－均为常数
（8-3）

（8-4）
式中：－溶液流出时间
－纯溶剂流出时间
显然
（8-5）

即是聚合物溶液的特性粘数，和浓度无关，由此可知，若以和分别对作图，则它们外推到的截距应重合于一点，其值等于。

图8-1 外推法求值
三、仪器和试剂
试剂：PVA，水
仪器：乌氏粘度计

四、实验步骤

图2 乌氏粘度计
1、玻璃仪器的洗涤：粘度计先用经砂芯漏斗滤过的水洗涤，把粘度计毛细管上端小球存在的中沙粒等杂质冲掉。抽气下，将粘度计吹干，再用新鲜温热的洗液滤入粘度计，满后用小烧杯盖好，防止尘粒落入。浸泡约2ｈ后倒出，用自来水（滤过）洗净，经蒸馏水（滤过）冲洗几次，倒挂干燥后待用。其他如容量瓶等也须经无尘洗净干燥。
2、 测定溶剂流出时间：将恒温槽调节至〔25(或30)±0.1〕℃。在粘度计B、C管上小心地接上医用橡皮管，用铁夹夹好粘度计，放入恒温水槽，使毛细管垂直于水面，使水面浸没ａ线上方的球。用移液管从A管注入10mL溶剂（滤过）恒温10min后，用夹子夹住C管橡皮管使不通气，而将接在B管的橡皮管用注射器抽气，使溶剂吸至ａ线上方的球一半时停止抽气。先把注射器拔下，而后放开C管的夹子，空气进入ｂ球下面的小球，使毛细管内溶剂和A管下端的球分开。这时水平地注视液面的下降，用停表记下液面流a 线和ｂ线的时间，此即为t0。重复3次以上，误差不超过0.2ｓ。取其平均值作为t0。然后将溶剂倒出，粘度计烘干。
3、溶液的配制：称取PVA0.2-0.3g（准确至0.1mg），小心倒入25mL容量瓶中，加入约20mL水，使其全部溶解。溶解后稍稍摇动，置恒温温水槽中恒温，用甲苯稀释到刻度，再经K砂芯漏斗滤入另一支25mL无尘干净的容量瓶中，它和无尘的纯甲苯（100mL容量瓶）同时放入恒温水槽，待用。
4、溶液流出时间的测定：用移液管吸取10mL溶液注入粘度计，粘度测定如前。测得溶液流出时间t1。然后再移入5mL溶剂，这时粘度计内的溶液浓度是原来的2/3，将它混合均匀，并把溶液吸至a线上方的球一半，洗两次，再用同法测定t2。同样操作，再加入5mL、10mL、10mL溶剂，分别测定t3、t4、t5，填入表8-1。

试样__________________；溶剂_________________；浓度________________；
粘度计号码_________________；恒温___________________
表8-1　实验数据纪录
C(g·cm-3)
t1/s
t2/s
t3/s
t平均/s
ηr
lnηr
ηSP
ηSP/C
lnηr/C
C0

C1

C2

C3

C4

C5

25℃时 K（103）=59.5,a=0.63；K（103）=20,a=0.76; K（103）=30,a=0.5;

五、数据处理（外推法）
为作图方便，设溶液初始浓度为C0，真实浓度，依次加入5mL、5mL、10mL、10mL溶剂稀释后的相对浓度各为2/3、1/2、1/3、1/4（以表示）计算、、、、填入表8－1内。对－（或－）作图，外推得到截距A，那么特性粘数＝截距A/初始浓度
已知 ，式中K和α值，查高聚物的特性粘数－分子量关系参数表可得；那么可求出。
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