Metoda wiskozymetryczna
Wiskozymetria to metoda polegająca na pomiarze lepkości roztworu polimeru (lepkość – ang. viscosity). Wielkocząsteczkowe polimery wykazują dużo wyższą lepkość niż rozpuszczalniki. W związku z tym, już niewielka zawartość polimeru powoduje wyższą lepkość roztworu. Jest to spowodowane oddziaływaniem makrocząsteczek polimeru z cząsteczkami rozpuszczalnika oraz z innymi makrocząsteczkami. Pojęcie lepkości zostało przedstawione w podręczniku "Chemia ogólna" (zob. Lepkość cieczy ).
W pomiarach wiskozymetrycznych porównuje się lepkości czystego rozpuszczalnika i rozcieńczonych roztworów polimeru w tym rozpuszczalniku. Najczęściej dokonuje się pomiarów wiskozymetrycznych względnych, w których porównuje się lepkości czystego rozpuszczalnika i rozcieńczonych roztworów polimeru. Dlatego też wprowadzono następujące pojęcia:
gdzie \( \eta \) – lepkość roztworu badanego, \( \eta_0 \) – lepkość rozpuszczalnika.
Związek między graniczną liczbą lepkościową polimeru i jego średnią masą molową określa wzór Marka-Houwinka:
Który to wzór po przekształceniu pozwala na obliczenie lepkościowo średniej masy molowej:
gdzie K, \( \alpha \) – stałe empiryczne, zależne od temperatury i charakterystyczne dla danego układu rozpuszczalnik – polimer.
Wartości K i \( \alpha \) wyznacza się je doświadczalnie z krzywej kalibracyjnej zależności \( \ln \lbrack{\eta} \rbrack \) od \( \ln \overline M_n \) lub \( \ln \overline M_w \). Do sporządzenia krzywej kalibracyjnej wykorzystuje się frakcje danego polimeru o wąskim rozkładzie mas cząsteczkowych, wyznaczonych wcześniej jedną z metod absolutnych, na przykład metodą chromatografii żelowej.
Lepkość roztworów polimeru wyznacza się przy użyciu wiskozymetru Ostwalda
, w którym mierzy się czas przepływu cieczy badanej pomiędzy dwoma poziomami w odniesieniu do czasu dla cieczy wzorcowej, lub za pomocą wiskozymetru Ubehlod'a, będącego odmianą metody Ostwalda, bądź lub wiskozymetru Höpplera, w którym mierzy się czas opadania kulki o określonych wymiarach i gęstości w roztworze badanym, względem czasu opadania tej samej kulki w cieczy wzorcowej. Rys. 1 przedstawia schemat wiskozymetru kulkowego.
Po zmierzeniu wartości lepkości dla różnych stężeń polimeru w rozpuszczalniku wyrażonych w g/100 \( cm^3 \) sporządza się wykres zależności \( \frac {\eta}{c} \), czyli \( \eta_{red} \) = f (c). Graniczną liczbę lepkościową \( \lbrack \eta \rbrack \) wyznacza przez ekstrapolację tak uzyskanej prostej do c = 0 ( Rys. 2 ).