Вискозитет на разредените полимерни разтвори
Има два модела за движение на макромолекулна намотка в течност. Според модела на Rouse, връзките (сегментите) на веригата изпитват триене по време на движение, но не носят течността заедно с тях. Според модела на Zimm има хидродинамично взаимодействие между връзките и флуида, което поради това се привежда в движение. В резултат на това макромолекулната намотка става "непропусклива", т.е. се движи като едно с разтворителя в себе си. Редица експериментални данни подкрепят модела на Сим. По този начин, според модела на Rouse, коефициентът на дифузия на макромолекула е обратно пропорционален на броя единици, т.е. д
1/n, според модела на Zimm, е обратно пропорционално на квадратния корен от броя на връзките D
1/n 1/2. Експериментът е в съответствие с последната констатация. По този начин, като модел на движение на макромолекулна намотка, ще използваме модела на Rouse (моделът на Zimm е валиден за къси твърди вериги).
При движение в флуиден поток макромолекулните намотки от полимери с гъвкава верига и затворен в тях разтворител се въртят около центъра на масата, което е свързано с градиента на скоростта на съседните течни слоеве и което е една от основните причини за увеличения вискозитет на полимерни разтвори. Основният закон, описващ ламинарния поток от течности, е законът на Нютон:
където F е силата на триене на слоевете течност; S е площта на контактните слоеве; dv/dx - градиент на скоростта, нормален към посоката на потока, ŋ - коефициент на вискозитет. За разлика от израза (2.58), в този случай в дясната страна на уравнението има знак минус. Това се дължи на факта, че силата на триене е противоположна на посоката на движение.
Мерната единица за вискозитет е 1 Pa s. Вискозитетът на водата и глицерина съответно при 20 ° C е равен на 1 • 10 -3 и 1,5 Pa s. Високите вискозитети на полимерните разтвори се обясняват със значителния ефективен обем на макромолекулни намотки, тяхното въртене в разредени разтвори и заплитания в концентрирани.
Вискозитетът на течностите се определя с помощта на специално устройство, наречено вискозиметър. В най-простите капилярни вискозиметри се измерва времето на протичане на определен обем течност през капиляра на вискозиметъра. Този метод се основава на уравнението на Поазейл, което е специален случай на закона на Нютон:
където R и d са радиусът и дължината на капиляра, V е обемът на течността, течаща през капиляра през времето t, Δp е разликата в налягането в краищата на капиляра.
Ако течността протича през капиляра под действието на гравитацията, тогава нейният вискозитет ŋ се изчислява чрез съотношението, което е следствие от закона на Поазейл: