黏度法测定聚合物相对分子质量的改进

宋奇奇，刘 颖，原 琳，刘青青，夏其英，梁士明，刘增欣，马登学

(1.临沂大学 材料科学与工程学院，山东 临沂 276005；2.临沂大学 化学化工学院，山东 临沂 276005)

黏度法测定聚合物的相对分子质量是化学相关专业学生必做的基本操作类实验项目。因其具有很多的局限性并且实验误差较大，所以对黏度法测定聚合物相对分子质量实验的改进成为研究的重点和热点。通过改变操作方法，改进实验仪器来简化实验步骤，减小实验误差是亟待解决的问题[1]。

高聚物溶液的黏度与其相对分子质量之间有一定的关系，利用黏度来测定聚合物相对分子质量的方法称为黏度法。它是目前最常用的测定聚合物相对分子质量的方法。

当高聚物的化学组成、温度、溶剂确定以后，[η]值就只与高聚物的相对分子质量有关。常用两参数的Mark-houwink经验公式表示：

[η]=KMα

式中，K、α需经绝对相对分子质量测定方法确定后才可以使用，但在确定的温度下，对聚合物-溶液体系，式中的K、α是确定的常数[2]。

1 改进方法

1.1 流经a、b管时间测定的改进

黏度法测定聚合物的相对分子质量使用乌氏黏度计进行的如图1所示。具体的操作方法是：把清洗好、检查过的乌氏黏度计A、C管，分别套上清洁的医用胶管，垂直夹持放入25℃的恒温水槽中，使液面完全浸没D球，然后用干净的移液管移取已配制好的待测溶剂从A管注入，在恒温槽中恒温合适的时间后，用夹子封闭C管，然后用洗耳球通过B管将溶液向上吸取几次，使黏度计各个管中的黏度均匀。用洗耳球从B管把液体缓慢地抽至最上面的球，停止抽气，把C管放开，使溶液慢慢下降，当弯月面降到刻度a时，按停表开始计时，弯月面到刻度b时，再按停表，记录下流经a、b间的时间，重复此操作，取流出时间相差不超过0.2s的连续3次平均值[3]。

传统的实验方法虽然简单，但存在乌氏黏度计容易损坏、时间精度要求高、仪器烘干时间长、受测试人员主观因素影响较大等限制因素。

南京工业大学材料科学与工程的项尚林等人对实验中测定溶液流经a、b间的实验方法进行了如下改进：利用具有摄像功能的数码相机、手机等，当溶液的弯月面在a线以上时开始摄影，使溶液慢慢流下，此时摄像镜头与a线在同一水平线上，当溶液的弯月面流过a线以后，将摄像镜头调到与b线在同一水平线上，待溶液流过b线以后停止摄影。在计算机中导入视频文件，然后将液面调至a线开始记录时间，当液面到达b线时开始记录时间，两次时间的差值就是所求时间[3]。

图1 乌氏粘度计

此方法克服了实验受测试人员主观因素影响较大的弊端，比较准确的测出了溶液流经a、b间的时间，排除了人为因素的干扰，使测量结果的精度大为提高。同时利用秒表测量a、b间的流出时间时要求测量3组数据且每个测试结果的误差在0.2 s以内[4]，这就使得实际测量往往会超过3次，利用摄像测得的每组实验结果之间误差很小，几乎可以忽略不计，不需重复测量，这就使得测量效率有了较大的提高。

1.2 防止粘度计损坏的改进

图2 改进后的乌氏粘度计

由于乌氏黏度计采用玻璃制成，使用时容易折断碰坏，尤其是A管、B管和C管之间的玻璃连接管很容易因为操作不当而损坏，造成实验损耗特别大。湖北工业大学材料科学与工程学院的龚兴厚[5]等人在进行黏度法测定聚乙烯醇相对分子质量时针对乌氏黏度计容易损坏这一弊端进行了如图2所示的改进：用一根较长的橡皮管将乌氏黏度计的A管与洗耳球相连，这样就避免了洗耳球与乌氏黏度计的直接接触，同时也避免了操作者与乌氏黏度计的不必要接触。此方法可以很大程度的减少因为操作不当而损坏乌氏黏度计的情况的发生，从而进一步减少了实验的损耗。

1.3 实验步骤顺序的改进

传统的的用乌氏黏度计测定聚合物相对分子质量的实验步骤顺序是：测定溶剂通过的时间→烘干乌氏黏度计→测定溶液通过的时间→清洗仪器→烘干乌氏黏度计。这样的实验顺序有一定的好处，实验过程中不需要花时间清洗仪器，但因为乌氏黏度计的管深很大，因此在烘干的过程中需要花费大量的时间，严重影响了实验的进度[6]。龚兴厚、刘清亭、刘娜等人在用乌氏黏度计测定聚乙烯醇的实验中对实验顺序进行了如下改进:测定聚乙烯醇水溶液通过的时间→清洗仪器→测定溶剂(水)通过的时间→烘干仪器。这样的实验顺序较之前相比减少了一次烘干仪器的时间，测定完聚乙烯醇通过的时间后，用自来水冲洗乌氏黏度计然后再用蒸馏水冲洗后即可测定水通过的时间，对实验结果完全没有影响，而且实验过程中清洗仪器相对简单而且所用的时间相对于烘干仪器所用的时间要少得多，这样就可以很大程度的减少实验所用的时间，提高了实验的效率[7]。

1.4 消除气泡的改进

图3 排除气泡示意图

在利用黏度法测定聚合物相对分子质量的实验中，因为要多次用洗耳球将溶液吸到G球测量溶液流经a、b刻度的时间，所以溶液起泡的问题一直困扰着操作者。气泡不但有可能被洗耳球吸入到G球，甚至还有可能进入洗耳球，从而严重干扰操作者判断液面流经a、b刻度的的时间，影响实验的准确性。加入消泡剂来消泡也不可避免的会对实验结果产生影响[8]。龚兴厚等人在用乌氏黏度计测定聚乙烯醇的实验中经过大量的实验反复的摸索，针对气泡影响实验的准确性这一问题进行了如图3的改进：在实验过程中只需将乌氏黏度计的B管用夹子封闭后向一边倾斜，如图所示，然后用洗耳球对A管进行吹气，就可将乌氏黏度计左边支管液面的气泡吹入到右边支管，而且气泡在右边支管中不会影响溶液通过a、b刻度的时间的判断。他们等人通过大量试验总结出上述的改进方法完全消除了气泡给实验所带来的不良影响。而且这一改进方法可以应用到用乌氏黏度计测定聚合物相对分子质量的所有实验中[9]。

2 总结

在用黏度法测定聚合物相对分子质量时要严格遵守实验秩序，设计简单可行，准确度高的实验方案，同时还要考虑到各种因素可能带来的影响，寻求简便的数据处理的方法[10]得到实验数据后认真分析实验误差，找到实验误差的来源，从而对实验方案进行改进[11]。相信随着创新精神的深入人心和科学技术的不断进步，一定会有更严密的实验方案和更精密实验仪器来简化实验步骤，降低实验误差[12]。