黏度法測定聚合物相對分子質(zhì)量的改進

宋奇奇，劉 穎，原 琳，劉青青，夏其英，梁士明，劉增欣，馬登學(xué)

(1.臨沂大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院，山東 臨沂 276005；2.臨沂大學(xué) 化學(xué)化工學(xué)院，山東 臨沂 276005)

黏度法測定聚合物的相對分子質(zhì)量是化學(xué)相關(guān)專業(yè)學(xué)生必做的基本操作類實驗項目。因其具有很多的局限性并且實驗誤差較大，所以對黏度法測定聚合物相對分子質(zhì)量實驗的改進成為研究的重點和熱點。通過改變操作方法，改進實驗儀器來簡化實驗步驟，減小實驗誤差是亟待解決的問題[1]。

高聚物溶液的黏度與其相對分子質(zhì)量之間有一定的關(guān)系，利用黏度來測定聚合物相對分子質(zhì)量的方法稱為黏度法。它是目前最常用的測定聚合物相對分子質(zhì)量的方法。

當(dāng)高聚物的化學(xué)組成、溫度、溶劑確定以后，[η]值就只與高聚物的相對分子質(zhì)量有關(guān)。常用兩參數(shù)的Mark-houwink經(jīng)驗公式表示：

[η]=KMα

式中，K、α需經(jīng)絕對相對分子質(zhì)量測定方法確定后才可以使用，但在確定的溫度下，對聚合物-溶液體系，式中的K、α是確定的常數(shù)[2]。

1 改進方法

1.1 流經(jīng)a、b管時間測定的改進

黏度法測定聚合物的相對分子質(zhì)量使用烏氏黏度計進行的如圖1所示。具體的操作方法是：把清洗好、檢查過的烏氏黏度計A、C管，分別套上清潔的醫(yī)用膠管，垂直夾持放入25℃的恒溫水槽中，使液面完全浸沒D球，然后用干凈的移液管移取已配制好的待測溶劑從A管注入，在恒溫槽中恒溫合適的時間后，用夾子封閉C管，然后用洗耳球通過B管將溶液向上吸取幾次，使黏度計各個管中的黏度均勻。用洗耳球從B管把液體緩慢地抽至最上面的球，停止抽氣，把C管放開，使溶液慢慢下降，當(dāng)彎月面降到刻度a時，按停表開始計時，彎月面到刻度b時，再按停表，記錄下流經(jīng)a、b間的時間，重復(fù)此操作，取流出時間相差不超過0.2s的連續(xù)3次平均值[3]。

傳統(tǒng)的實驗方法雖然簡單，但存在烏氏黏度計容易損壞、時間精度要求高、儀器烘干時間長、受測試人員主觀因素影響較大等限制因素。

南京工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程的項尚林等人對實驗中測定溶液流經(jīng)a、b間的實驗方法進行了如下改進：利用具有攝像功能的數(shù)碼相機、手機等，當(dāng)溶液的彎月面在a線以上時開始攝影，使溶液慢慢流下，此時攝像鏡頭與a線在同一水平線上，當(dāng)溶液的彎月面流過a線以后，將攝像鏡頭調(diào)到與b線在同一水平線上，待溶液流過b線以后停止攝影。在計算機中導(dǎo)入視頻文件，然后將液面調(diào)至a線開始記錄時間，當(dāng)液面到達b線時開始記錄時間，兩次時間的差值就是所求時間[3]。

圖1 烏氏粘度計

此方法克服了實驗受測試人員主觀因素影響較大的弊端，比較準(zhǔn)確的測出了溶液流經(jīng)a、b間的時間，排除了人為因素的干擾，使測量結(jié)果的精度大為提高。同時利用秒表測量a、b間的流出時間時要求測量3組數(shù)據(jù)且每個測試結(jié)果的誤差在0.2 s以內(nèi)[4]，這就使得實際測量往往會超過3次，利用攝像測得的每組實驗結(jié)果之間誤差很小，幾乎可以忽略不計，不需重復(fù)測量，這就使得測量效率有了較大的提高。

1.2 防止粘度計損壞的改進

圖2 改進后的烏氏粘度計

由于烏氏黏度計采用玻璃制成，使用時容易折斷碰壞，尤其是A管、B管和C管之間的玻璃連接管很容易因為操作不當(dāng)而損壞，造成實驗損耗特別大。湖北工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院的龔興厚[5]等人在進行黏度法測定聚乙烯醇相對分子質(zhì)量時針對烏氏黏度計容易損壞這一弊端進行了如圖2所示的改進：用一根較長的橡皮管將烏氏黏度計的A管與洗耳球相連，這樣就避免了洗耳球與烏氏黏度計的直接接觸，同時也避免了操作者與烏氏黏度計的不必要接觸。此方法可以很大程度的減少因為操作不當(dāng)而損壞烏氏黏度計的情況的發(fā)生，從而進一步減少了實驗的損耗。

1.3 實驗步驟順序的改進

傳統(tǒng)的的用烏氏黏度計測定聚合物相對分子質(zhì)量的實驗步驟順序是：測定溶劑通過的時間→烘干烏氏黏度計→測定溶液通過的時間→清洗儀器→烘干烏氏黏度計。這樣的實驗順序有一定的好處，實驗過程中不需要花時間清洗儀器，但因為烏氏黏度計的管深很大，因此在烘干的過程中需要花費大量的時間，嚴(yán)重影響了實驗的進度[6]。龔興厚、劉清亭、劉娜等人在用烏氏黏度計測定聚乙烯醇的實驗中對實驗順序進行了如下改進:測定聚乙烯醇水溶液通過的時間→清洗儀器→測定溶劑(水)通過的時間→烘干儀器。這樣的實驗順序較之前相比減少了一次烘干儀器的時間，測定完聚乙烯醇通過的時間后，用自來水沖洗烏氏黏度計然后再用蒸餾水沖洗后即可測定水通過的時間，對實驗結(jié)果完全沒有影響，而且實驗過程中清洗儀器相對簡單而且所用的時間相對于烘干儀器所用的時間要少得多，這樣就可以很大程度的減少實驗所用的時間，提高了實驗的效率[7]。

1.4 消除氣泡的改進

圖3 排除氣泡示意圖

在利用黏度法測定聚合物相對分子質(zhì)量的實驗中，因為要多次用洗耳球?qū)⑷芤何紾球測量溶液流經(jīng)a、b刻度的時間，所以溶液起泡的問題一直困擾著操作者。氣泡不但有可能被洗耳球吸入到G球，甚至還有可能進入洗耳球，從而嚴(yán)重干擾操作者判斷液面流經(jīng)a、b刻度的的時間，影響實驗的準(zhǔn)確性。加入消泡劑來消泡也不可避免的會對實驗結(jié)果產(chǎn)生影響[8]。龔興厚等人在用烏氏黏度計測定聚乙烯醇的實驗中經(jīng)過大量的實驗反復(fù)的摸索，針對氣泡影響實驗的準(zhǔn)確性這一問題進行了如圖3的改進：在實驗過程中只需將烏氏黏度計的B管用夾子封閉后向一邊傾斜，如圖所示，然后用洗耳球?qū)管進行吹氣，就可將烏氏黏度計左邊支管液面的氣泡吹入到右邊支管，而且氣泡在右邊支管中不會影響溶液通過a、b刻度的時間的判斷。他們等人通過大量試驗總結(jié)出上述的改進方法完全消除了氣泡給實驗所帶來的不良影響。而且這一改進方法可以應(yīng)用到用烏氏黏度計測定聚合物相對分子質(zhì)量的所有實驗中[9]。

2 總結(jié)

在用黏度法測定聚合物相對分子質(zhì)量時要嚴(yán)格遵守實驗秩序，設(shè)計簡單可行，準(zhǔn)確度高的實驗方案，同時還要考慮到各種因素可能帶來的影響，尋求簡便的數(shù)據(jù)處理的方法[10]得到實驗數(shù)據(jù)后認真分析實驗誤差，找到實驗誤差的來源，從而對實驗方案進行改進[11]。相信隨著創(chuàng)新精神的深入人心和科學(xué)技術(shù)的不斷進步，一定會有更嚴(yán)密的實驗方案和更精密實驗儀器來簡化實驗步驟，降低實驗誤差[12]。