1.实验目的

（1）掌握用乌式黏度计测定聚合物溶液黏度的原理和方法。

（2）测定聚乙烯醇的黏均摩尔质量。

2.实验原理

高聚物的摩尔质量对于它的性能影响很大。如橡胶的硫化程度、聚苯乙烯和乙酸纤维的薄膜的抗张强度、纺丝黏液的流动性等都与它们的摩尔质量有关。通过测量摩尔质量，可进一步了解高聚物的性能，指导和控制聚合时的条件，以获得性能优良的产品。

高聚物是由单体分子经加聚或缩聚过程得到的，由于聚合度不同，每个高聚物分子的大小不同，摩尔质量都是不均一的，因此高聚物的摩尔质量只有统计的意义，是一个统计的平均值。由于测量的方法不同，可得到不同的摩尔质量，常用的有数均摩尔质量、质均摩尔质量、z均摩尔质量和黏均摩尔质量四种，用黏度法测出的摩尔质量称为黏均摩尔质量。

黏度法设备简单，操作方便，并有很好的实验精度，是常用的方法之一。液体在流动过程中，会产生内摩擦阻力，液体受内摩擦阻力的大小可用黏度η表示，单位是Pa·s。阻力越大，黏度就越大。

用η0表示纯溶剂的黏度，η表示高聚物溶液的黏度，通常η比η0大很多，黏度增加的分数称为增比黏度，即

式中，，称为相对黏度。

增比黏壶随溶液中高聚物浓度的增加而增大，因此用其与浓度c之比来表示溶液的黏度称为比浓黏度，即

比浓黏度随着溶液浓度c的变化而改变，当c→0时，趋近于一固定极限值[η]，称为特性黏度，即

当c→0时　

[η]是指溶液无限稀时，高聚物分子间彼此相距很远，相互作用可以忽略，反映的是高聚物溶液中高聚物分子与溶液分子间的内摩擦，其值取决于溶剂的性质、高聚物分子的大小和其在溶液中的形态。

聚合物的黏度对浓度有一定的依赖关系，描述溶液黏度与浓度关系的方程式较多，应用较多的是如下两个方程：

Huggins公式　

Kramer公式　

所以将对c和对c作图均为直线，其截距为[η]，见图3-51，通过外推法，c=0即可得到[η]。[η]与高聚物的黏均摩尔质量M 有下面的经验方程：

图3-51　外推求法[η]

其中，K和α是经验方程的两个参数。对于一定的大分子化合物，一定的溶剂和温度，K和α为常数。其中α与溶液中大分子的形态有关。大分子在良好溶剂中，舒展松懈，α值就大；在不良溶剂中，大分子卷曲，α值小。K受温度影响显著，K和α可由其他的实验方法确定，也可在文献中查得。聚乙烯醇水溶液在25℃时，K=2.00×10-5kg-1·m3，α=0.76；在30℃时，K=6.66×10-5kg-1·m3，α=0.64。[η]与K 的单位相同。

测定大分子的特性黏度[η]，以毛细管法最简便。根据泊肃叶（Poisuille）定律，液体的黏度η可以用t时间内液体流过半径为r、长为l的毛细管的体积V来衡量：

式中，η为液体的黏度；ρ为液体的密度；l为毛细管的长度；r为毛细管的半径；t为体积为V的液体的流出时间；h为流过毛细管液体的平均液柱高度；V为流经毛细管的液体体积。

一般用已知黏度η0、密度ρ0的液体（如纯水），用某一毛细管黏度计测定流出时间t0，然后用同一支毛细管黏度计测定未知溶液的流出时间t，其密度为ρ，则对于该未知溶液的黏度η为

在测定溶液的黏度时，则ρ0、t0、η0分别为纯溶剂的密度、流出时间和黏度，又因为溶液很稀，可近似认为ρ≈ρ0，所以溶液的黏度为(www.daowen.com)

3.仪器与试剂

恒温水浴槽1台；铁架台（带铁夹）1台；乌氏黏度计1支（见图3-52）；10mL、5mL移液管各1支；洗耳球1个；秒表1只；止水夹1个；乳胶管2根。

5g·L-1聚乙烯醇水溶液；正丁醇。

图3-52　乌氏黏度计

4.实验步骤

（1）调节恒温水浴的温度至25℃或30℃。

（2）测定聚乙烯醇溶液在不同浓度下的流出时间

用移液管吸取10mL已配好的聚乙烯醇水溶液，由A管加入、冼净并烘干的乌氏黏度计中，从B管管口加入两滴正丁醇以消泡，然后在C、B两端分别套上一段乳胶管，用止水夹夹住C管上的乳胶管使之不漏气，将乌氏黏度计垂直夹在铁架台上，放入恒温水浴槽中（注意：黏度计的两球要没入水中），固定好并恒温10min。用洗耳球从B管上的乳胶管管口慢慢抽气，待液面升至球G的中部时停止抽气，取下洗耳球并同时松开C管上的止水夹，使空气进入球D，毛细管内液体在球D处断开，在毛细管内形成气承悬液柱，液体流出毛细管下端就沿管壁流下，此时球G内液面逐渐下降。当液面恰好达到刻度线a时，立即按下秒表，开始计时，待液面下降至刻度线b时再按停秒表，记录溶液流经毛细管的时间。至少重复3次，取其平均值作为溶液流出的时间，每次测得的时间相差不得超过0.4s。

然后从A处向黏度计中加入5mL蒸馏水，要加入3次，分别稀释成浓度为2/3c0、1/2c0、2/5c0的聚乙烯醇溶液，用同样的方法测定其流出的时间。

（3）测定水流出的时间

将黏度计内溶液由A管倒出，先用自来水冲洗黏度计9次，每洗一次都要将水流经黏度计的毛细管，特别要注意把毛细管洗干净。最后，以同样的方法用蒸馏水再将黏度计冲洗3次，然后加入适量的蒸馏水约15mL，恒温后测定其流出的时间，至少重复3次，每次测得的时间相差不得超过0.4s，取其平均值。

（4）实验完毕，倒出蒸馏水量将黏度计放入准备好的干净瓷盘中，关闭恒温水浴槽，收拾好实验台面方能离开。

5.数据处理

（1）将所测的实验数据及计算结果填入表3-14中（浓度c的单位是kg·m-3）。

表3-14　实验数据记录

（2）作ηsp/c-c及lnηr/c-c图，并外推到c→0，由截距求出 [η]。

（3）计算聚乙烯醇的黏均摩尔质量。

6.思考题

（1）黏度计毛细管的粗细对实验结果有何影响？

（2）乌氏黏度计中的C管的作用是什么？能否去除C管，改为双管黏度计？

（3）若把溶液吸入乳胶管内会对实验结果产生什么影响？

（4）试列举影响准确测定的因素有哪些？