Una dintre cele mai Trăsătura caracteristică a soluțiilor de polimer este mare vâscozitatea.
vâscozității fluidului poate fi definită ca o rezistență fluid la mișcarea acesteia în raport cu celălalt strat. Orice deplasare a unei părți din raport lichid la altul este îngreunată de forțe de atracție între elementele sale. Cu alte cuvinte, vâscozitatea fluidului caracterizează frecarea care apare atunci când o mișcare straturi de fluid unul împotriva celuilalt.
Bazele teoriei vâscozității. Într-o analiză teoretică a viscozității fluidului este reprezentat ca un continuum structură,. Dacă aplicați o forță lichidului, acesta începe să curgă. Pentru lichide sunt caracterizate prin două tipuri principale de curgere: laminară și turbulentă. Chemat flux laminar sub formă de straturi paralele nu se amestecă unul cu celălalt. Un astfel de flux există atâta timp cât amploarea gradientul vitezei nu este prea mare. Prin creșterea straturilor gradientului vitezei fluidului formează un vortex și se amestecă. În astfel de cazuri, curgerea laminară devine turbulentă, iar situația este dificil de tratat, atât teoretic, cât și experimental. Considerat de noi pentru a fi vâscozitatea legilor se aplică numai regimul de curgere laminar.
Luați în considerare două elemente tridimensionale adiacente unele lichide. Dacă unul dintre elementele de volum este deplasat în raport cu cealaltă sub acțiunea unei forțe exterioare, forțe apar între ele, ceea ce va împiedica astfel de mișcare, încercând să se întoarcă elementele de volum în poziția lor de echilibru. Acest lucru previne forța numită forță (F) frecare internă (tragere).
Ris.1.Opredelenie coeficient de vâscozitate h. schimbare de putere între cele două elemente ale h (dv / dx) x S. determină că astfel magnitudinea h
Pentru a determina vâscozitatea cuantificat, este posibil să se profite de Fig.1. Să presupunem că unul dintre elementele fluide volumetrice prezentate în această figură, se mută la viteza dV un raport cu al doilea element. Se poate preconiza că forța de frecare este proporțională cu dv viteză relativă și zona de contact S între elementele de volum învecinate. Acesta este invers proporțională cu
distanța dx între centrele acestor elemente. Constantei de proporționalitate care se referă forța de frecare, iar aceste variabile se numește coeficientul de viscozitate sau pur și simplu vâscozitate h. Notând forța de frecare prin F, obținem:
Această definiție a vâscozității a dat inițial Newton. Este un microscopică, exprimat în termeni de cantități care nu pot fi măsurate. Unitatea de vâscozitate este de secunde newton pe metru pătrat (N x s / m 2) sau Pascal secunde (Pa × s); înainte de a lua poise viscozitatea unității: 1 poise = 0,1 Pa × s. Coeficientul de viscozitate calculat prin ecuația (1) este definit ca o constantă de proporționalitate, și astfel, este independent de presiunea aplicată de gradientul de viteză audio (într-un flux laminar uniform).
Lichid se supune legii lui Newton, numit Newton. soluții BMC, de obicei, nu sunt. Faptul că soluțiile Marinei fenomenul de curgere determină orientarea macromoleculelor dizolvate.
Deoarece măsurătorile de viscozitate absolute sunt dificile, adesea determină vâscozitatea relativă. La adăugarea unui polimer într-un solvent cu vâscozitate h0 la viscozitatea soluției crește h. Raportul dintre soluții la viscozitatea vâscozității pur solvent numit hotn relativă viscozitate. :
Creșterea relativă în soluție de vâscozitate IUD comparativ cu vascozitate solvent numita viscozitate specifică (. HUD) Și este egal cu:
viscozitate relativă și valorile specifice sunt adimensional și depinde de concentrația de polimer, și gradientul vitezei. Dar ele nu pot fi direct legate de parametrii macromolecule (de exemplu, forma și mărimea acestuia), așa că am introdus conceptele date și viscozitate intrinsecă. viscozitate specifică per concentrație unitară, numită redusă hpriv viscozitate ..
Se calculează cu formula:
unde C - concentrația în greutate de polimer, g / dl.
Valoarea de limitare a viscozității într-o soluție diluată la infinit numita viscozitate internă sau intrinsecă [h]:
Experimental a fost determinată prin reprezentarea grafică a viscozității reduse (HUD / C) la diferite concentrații de polimer (Fig. 2). După cum se poate observa, vâscozitatea redusă depinde liniar de concentrația polimerului în conformitate cu ecuația Huggins :. care permite determinarea viscozitatea intrinsecă a polimerului [h], prin extrapolarea acestei dependențe la concentrația zero.
Ris.2.Grafik redus de viscozitate în funcție de concentrația de DIU soluție
Un astfel de program pentru suficient soluțiile diluate de polimeri este rectilinie în natură. Extrapolând un HUD drept. / C = f (C) până la C = 0, ordonatei, care corespunde valorii de limitare a viscozității reduse, adică viscozitate intrinsecă [h]. Cele mai reduse și intrinseci viscozitățile au dimensiuni concentrație inversă, adică dl / g.
viscozitate caracterizează rezistența la curgere a fluxului de lichid al moleculelor de polimer. Aceasta depinde de greutatea moleculară relativă, forma și volumul specific al macromoleculei, capacitatea sa de a schimba forma în funcție de natura solventului (o modificare conformațională), dar nu depinde de concentrația polimerului în soluție și viteza de deplasare reciprocă straturilor de fluid.
Raportul dintre viscozitatea intrinsecă și greutatea moleculară relativă a polimerului. Formula pentru determinarea greutății moleculare relative a Marinei a fost propus Shtaudinegrom:
în cazul în care HUD. - viscozitatea specifică a soluției; K - constantă în cm3 / g; C - concentrația IUD în soluție, g / cm3; M - masa moleculară relativă a Marinei.
Din ecuația (6): (7)
Cu alte cuvinte, raportul dintre vâscozitatea specifică la concentrația polimerului (adică, viscozitatea redusă) proporțională cu greutatea sa moleculară relativă, și nu trebuie să depindă de concentrația sa în soluție.
Regimul de concentrare Ris.3.Tri în solvenți buni: diluat (a), semidilute (b) și se concentrează (în).
atunci când 1<[h]С * £10 раствор является полуразбавленным, т.е. умеренно концентрированным. Свойства макромолекул в таких растворах существенно определяются его структурой, поскольку при этой концентрации клубки отдельных макромолекул начинают проникать друг в
altele. Soluție Semidilute se caracterizează prin fluctuații de densitate mare de segmente de același tip ca și în soluția diluată
soluții. Aceste fluctuații scadă odată cu creșterea concentrației de polimer. În cazul în care concentrația este suficient de mare, fluctuația de concentrare este, practic, nu au fost observate. Volumul ocupat de catena polimerului real devine comparabil cu volumul bobinei macromolecular.
Când [h] C. * 10> soluție este extrem de concentrată. Macromoleculele în astfel de soluție atât de aproape împreună și întrețesute pentru a forma legăturile spațiale cu ochiuri de fluctuație. Astfel de soluții și se topește de polimeri numite fluide polimerice.
De obicei caracterul fluxului de orice lichid poate fi cel mai bine caracterizate dependențele de viscozitate la tensiunea de forfecare proporțională cu această magnitudine sau viteza de forfecare.
Fig. 4. Dependența viscozității la viteza de forfecare. fluid nenyu-newtonian - 1.2; 3 - fluid Newtonian
Fig. 4 prezintă parcele de viscozitate ale diferitelor fluide ale vitezei de forfecare calculată din ecuația lui Newton. fluid Newtonian răspunde curba 3, viscozitatea unei astfel de lichid nu este dependentă de viteza de forfecare. Curba 1 este cel mai caracteristic al fluidului non-newtonian. Vâscozitatea unui fluid rămâne constantă numai pentru valori foarte mici ale vitezei de forfecare și creșterea sa este redusă, adesea cu mai multe ordine de mărime. Cea mai înaltă viscozitate proyav cele reflectate la. Se numește cea mai mare viscozitate newtonian. Acesta este denumit # 951; nb. Cea mai mică valoare a viscozității observată când numita viscozitate Newtonian inferioară # 951; nm; viscozitate, a cărei valoare corespunde condiției # 951; H6> # 951;> # 951; nm. Se numește viscozitate efectivă. În unele cazuri, acolo
anomalii de viscozitate maximă pe curba de curgere (curba 2).
De obicei, la terminarea expunerii la soluție, t. E. La o terminație de curgere, vâscozitatea presupune din nou valoarea # 951; nb. Efectul reducerii reversibile a viscozității este numită tixotropie. Efectul creșterii vâscozității reversibil (curba 2) se numește dilatare.
Dependența viscozității soluție de concentrația polimerilor este dat în Fig. 5. Se poate observa că curba este rupt într-un număr de secțiuni, fiecare dintre care se caracterizează prin dependența de concentrație suplimentară mai puternică a viscozității.
Regiunea „a“ corespunde soluțiilor diluate de polimeri, când [# 951] 1, astfel de soluții să se comporte ca fluid Newtonian, deci starea lor fizică este caracterizată ca vâscos Newtonian.
Regiunea „b“ corespunde soluții, pentru care [# 951] 10. Schimbarea de la vâscozitatea acestora cu creșterea tensiunii de forfecare sau distrugere reversibilă structură compusă din explicat macromoleculelor încurcate (tixotropie) sau, invers, structura rearanjare, care duc la durificări moderat concentrat sub forfecare relativ scăzute () dilatare. Comunicarea cu vâscozități soluție a structurii este reflectată în determinarea stării sale fizice în domeniu, care este caracterizat ca vâscos structural.
Fig. 5. Logaritmul viscozitate maximă a soluției de polimer concentrată din logaritmului concentrației
Regiunea „a“ se referă la soluții concentrate de polimeri, pentru care [# 951] c> 10, starea lor fizică diferă fundamental de cele de mai sus, care se vede în prezența a două tipuri de tulpini - ireversibile (flux) și reversibil (elastic). Apariția acesteia din urmă este o consecință a formării unei continue fluctuație tridimensională (mobil) rețea ki macromoleculelor angajament.
Astfel, dependența de concentrație a viscozității corespunde unei legi de putere:
unde n depinde de concentrația. Pentru câmpul "și" n = 1, "b" - 1 articole similare