Вязкость растворов ВМС

Для растворов ВМС характерна аномально высокая вязкость по сравнению с растворами низкомолекулярных веществ и коллоидов. Особенно сильно это свойство проявляется у полимеров с длинными линейными макромолекулами. Растворы полимеров с той же молекулярной массой, но сферической формой молекул (глобулярные ВМС) имеют меньшую вязкость. При одинаковой химичес-кой структуре молекул вязкость возрастает с увеличением молекулярной массы и не подчиняется уравнению Эйнштейна [h = h₀(1 + j ^. a)]. Вязкость раствора зависит от концентрации полимера, давления потока:

Рис.3. Зависимость вязкости от концентрации

Рис.4. Зависимость вязкости от давления потока

Такое поведение вязкости растворов ВМС объясняется следующими причинами:

- макромолекулы обычно представляют собой длинные гибкие цепи, вытянутые или свёрнутые в клубки. Вытянутые цепи могут располагаться поперёк потока и оказы-вать наибольшее сопротивление течению. С увеличением давления скорость потока увеличивается, структуры (клубки) макромолекул разрушаются и макромолекулы ориентируются вдоль потока, что ведёт к снижению вязкости раствора ВМС.

- макромолекулы имеют различные группы, вследствие чего они сильно взаимодей-ствуют с молекулами растворителя, образуя сольватные оболочки. Это создаёт дополнительное сопротивление течению раствора, повышает его вязкость.

- макромолекулы могут связываться между собой за счёт физических сил и образо-вывать переплетающиеся нити, пространственные структуры, в ячейках которых располагаются молекулы растворителя, что тоже ведёт к увеличению вязкости.

В условиях ламинарного (послойного) течения и при минимальном взаимодей-ствии макромолекул, вязкость разбавленных растворов полимеров с жесткими и палочкообразными молекулами пропорциональна их весовой концентрации. Эта зависимость выражается уравнением Штаудингера:

где К – полимергомологическая константа.

Удельная вязкость показывает относительный прирост вязкости чистого растворителя при добавлении к нему полимера.

Уравнение Штаудингера справедливо для сравнительно коротких цепей или более длинных, но жестких, которые сохраняют форму вытянутых или слегка изогнутых палочек. Чем длиннее молекулярная цепь, тем больший объем вращения она имеет и тем больше вязкость раствора.