lnh_отн/С= [h] - k₂[h]²С         (14)

    Экстраполяция по этому уравнению считается более точной, чем экстраполяция по уравнению Хаггинса, поскольку в большинстве случаев постоянная уравнения (9) k₂ < k₁. Было показано, что постоянные уравнений (6) и (9) с хорошим приближением удовлетворяют зависимости: k₂ + k₁=0,5

Определение вязкости растворов полимеров основано на измерении времени истечения жидкостей из капилляра вискозиметра. Расчет проводят по уравнению Пуазейля:

V=pr⁴pt/8lh                (15)

где V – объем жидкости, вытекшей за время t; r – радиус капилляра; р - перепад давлений на концах капилляра; l – длина капилляра; h - вязкость жидкости.

Если жидкость протекает через капилляр под действием собственного веса, то р=rgh, где r - плотность раствора; g – ускорение силы тяжести; h – средняя высота столба жидкости, создающего гидростатическое давление p.

Подставляя значение р в уравнение Пуазейля и решая его относительно h, можно получить

h=pr⁴grht/8Vl                      (16)

При использовании одного и того же вискозиметра и при работе с одним и тем же объемом жидкости можно написать

h=сrt                        (17)

где с – константа вискозиметра.

Отсюда, зная константу прибора и время истечения жидкости из капилляра, можно вычислить вязкость жидкости. Для разбавленных растворов можно допустить, что плотность раствора близка к плотности растворителя.

Необходимым условием использования уравнения Пуазейля для расчета вязкости является ламинарность движения жидкости в капилляре. Турбулентности потока избегают путем соответствующего подбора диаметра и длины капилляра вискозиметра. В вискозиметрах, применяемых для определения вязкости растворов полимеров, условия течения жидкости в капилляре при обычных перепадах давления соответствуют числам Рейнольдса, меньшим 200. Отклонения от закона Пуазейля возможны также вследствие того, что, строго говоря, растворы полимеров представляют собой неньютоновские жидкости, вязкость которых зависит от скорости их истечения через капилляр. Для того чтобы свести к минимуму этот источник ошибок, для измерений вязкости растворов полимеров принято использовать вискозиметры, время истечения жидкости в которых достаточно велико и составляет 100 – 200 с.

Для определения вязкости растворов полимеров обычно применяют капиллярные вискозиметры типа вискозиметра Оствальда или вискозиметра Уббелоде (рис. 2).

                                      а                  б

Рис. 2. Вискозиметры Оствальда (а) и Уббелоде (б).

При истечении раствора в вискозиметре Оствальда происходит постепенное уменьшение высоты столба жидкости h, что приводит к созданию переменного гидростатического давления р. Поэтому в вискозиметр Оствальда всегда наливают одно и то же количество раствора.

В вискозиметре Убеллоде поток жидкости прерывается в конце капилляра, и поэтому давление столба жидкости, под которым происходит ее течение, не зависит от объема жидкости, заливаемой в вискозиметр. Вискозиметры такого типа называются вискозиметрами с висячим уровнем. Их основным преимуществом является то, что разбавление растворов можно осуществлять непосредственно в вискозиметре.

Методика проведения работы

1 вариант: определение вязкости растворов вискозиметром Оствальда

    В тщательно вымытый вискозиметр (см. рис. 2, а) наливают определенный объем растворителя. Помещают вискозиметр в термостат так, чтобы капилляр 2 и верхний шарик 3 были полностью погружены в термостатирующую жидкость. Выдерживают вискозиметр в термостате 10 мин, после чего приступают к измерениям. С помощью груши засасывают растворитель в верхний шарик 3 выше верхней метки и определяют время истечения растворителя от верхней метки шарика до нижней. Определение времени истечения проводят не менее трех раз и берут среднее из полученных значений. Вынимают вискозиметр из термостата, выливают растворитель и заполняют вискозиметр раствором полимера наименьшей концентрации. После 10 мин термостатирования определяют время истечения данного раствора. Подобным образом определяют время истечения всех остальных растворов полимера в порядке возрастания концентрации. В конце работы тщательно промывают прибор и повторно определяют время истечения растворителя. Средние значения времени истечения растворителя и растворов записывают в таблицу (см. табл. 2). 

2 вариант: определение вязкости растворов вискозиметром Уббелоде.

Тщательно вымытый и просушенный вискозиметр (см. рис. 2, б) помещают в термостат, в котором поддерживается строго постоянная заданная температура. При этом необходимо следить за тем, чтобы капилляр 3 и шарик вискозиметра 4 были полностью погружены в термостатирующую жидкость.

Работу начинают с определения вязкости раствора полимера. В колено 6 с помощью пипетки наливают 5 мл исходного раствора. После 10 – 15 мин термостатирования при помощи груши с резиновой трубкой, надетой на колено 5 вискозиметра, засасывают раствор в шарик вискозиметра чуть выше верхней метки. При этом колено 2 должно быть закрыто с помощью зажима на резиновой трубке, надетой на конец колена. Затем приоткрывают зажим и определяют время истечения раствора из шарика 4 в резервуар 1. В момент прохождения жидкостью верхней метки включают секундомер и измеряют время, необходимое для истечения жидкости от верхней метки измерительного шарика до нижней. Определение времени истечения жидкости проводят таким образом не менее трех раз и вычисляют среднее значение из трех измерений. После этого раствор полимера разбавляют непосредственно в вискозиметре, добавляя с помощью пипетки точно измеренное количество растворителя, и определяют время истечения разбавленного раствора. Разбавление растворов проводят последовательно несколько раз таким образом, чтобы концентрация каждого последующего раствора была в два раза меньше концентрации предыдущего. Рассчитывают концентрации исследуемых растворов в г/100 мл.

После каждого разбавления измеряют время истечения полученных растворов таким образом, как это было описано для исходного раствора. По окончании работы с растворами полимера вискозиметр промывают несколько раз растворителем, засасывая его каждый раз в капилляр 3 и шарик 4. Затем промывную жидкость выливают из вискозиметра, наливают в него 5 мл чистого растворителя и определяют время истечения растворителя. Средние значения времени истечения растворителя и растворов записывают в таблицу (см. табл. 2).

Таблица 2.

Результаты измерений