Verdünnte-Lösung-Viskosimetrie

Die Verdünnte-Lösung-Viskosimetrie misst, wie ein gelöstes Polymer sein Lösungsmittel verdickt, und die resultierende intrinsische Viskosität liefert eine einfache, klassische Schätzung der Molmasse durch die Mark-Houwink-Beziehung.

Definition

Die Verdünnte-Lösung-Viskosimetrie ist die Bestimmung der intrinsischen Viskosität eines Polymers aus Messungen der Lösungsviskosität bei niedriger Konzentration, die zur Abschätzung der Molmasse und zur Untersuchung der Kettenabmessungen in Lösung verwendet wird.

Scope

Dieses Thema behandelt die Messung und Interpretation der Viskosität verdünnter Polymerlösungen: relative, spezifische, reduzierte und inhärente Viskositäten, Extrapolation auf die intrinsische Viskosität bei unendlicher Verdünnung, die Verbindung zwischen intrinsischer Viskosität und hydrodynamischem Volumen sowie die Mark-Houwink-Gleichung, die die intrinsische Viskosität mit der Molmasse in Beziehung setzt, wobei die Parameter von Polymer, Lösungsmittel und Temperatur abhängen.

Core questions

• Wie wird die intrinsische Viskosität aus Lösungsviskositätsmessungen gewonnen?
• Wie hängt die intrinsische Viskosität mit dem hydrodynamischen Volumen der Kette zusammen?
• Wie wandelt die Mark-Houwink-Gleichung die intrinsische Viskosität in die Molmasse um?
• Was verraten die Mark-Houwink-Exponenten über die Lösungsmittelqualität und die Kettenform?

Key theories

Intrinsische Viskosität und hydrodynamisches Volumen

Die Extrapolation der Konzentrationsabhängigkeit der Lösungsviskosität auf unendliche Verdünnung ergibt die intrinsische Viskosität, die proportional zum hydrodynamischen Volumen der Kette geteilt durch ihre Molmasse ist und somit die Knäuelgröße in Lösung widerspiegelt.

Mark-Houwink-Beziehung

Die intrinsische Viskosität skaliert mit der Molmasse, erhöht um einen Exponenten zwischen etwa 0,5 unter Theta-Bedingungen und nahe 0,8 in guten Lösungsmitteln, so dass kalibrierte Mark-Houwink-Konstanten eine Viskositäts-Mittelwert-Molmasse liefern und über die Kettenkonformation berichten.

Mechanisms

Eine gelöste Knäuel stört die Strömung um sich herum und erhöht die Lösungsviskosität proportional zum Volumenanteil, den die Knäuel einnehmen. Die Messung der Ausflusszeiten in einem Kapillarviskosimeter bei mehreren niedrigen Konzentrationen und die Extrapolation der reduzierten Viskosität auf null Konzentration isoliert die intrinsische Viskosität, frei von Ketten-Ketten-Wechselwirkungen. Da die intrinsische Viskosität das hydrodynamische Volumen verfolgt und das hydrodynamische Volumen mit der Molmasse wächst, wandelt das empirische Mark-Houwink-Potenzgesetz die intrinsische Viskosität in eine Viskositäts-Mittelwert-Molmasse um; der Wert ihres Exponenten zeigt an, ob sich die Kette in einer Theta-, guten oder starren Stabumgebung befindet.

Clinical relevance

Die Verdünnte-Lösung-Viskosimetrie bleibt eine schnelle, kostengünstige Methode zur Abschätzung der Molmasse in Forschung und Industrie, die zur Überwachung der Synthese, zur Spezifikation von Qualitäten kommerzieller Polymere und zur Bewertung des Abbaus eingesetzt wird. Ihre Empfindlichkeit gegenüber dem hydrodynamischen Volumen ist auch die Grundlage der universellen Kalibrierung, die Größenausschlusschromatogramme über verschiedene Polymere hinweg umwandelt.

History

Staudinger verknüpfte in den 1930er Jahren erstmals die Lösungsviskosität mit der Kettenlänge, und die empirische Potenzgesetzbeziehung zwischen intrinsischer Viskosität und Molmasse wurde in diesem Jahrzehnt von Mark, Houwink und Sakurada etabliert; Florys spätere Behandlung verband die intrinsische Viskosität mit den Kettenabmessungen und dem Theta-Zustand, wodurch die Methode auf eine festere theoretische Grundlage gestellt wurde.

Key figures

• Hermann Staudinger
• Herman Mark
• Roelof Houwink
• Paul Flory

Seminal works

• hiemenz2007
• flory1953

Frequently asked questions

Was ist die intrinsische Viskosität?

Sie ist der limitierende Beitrag eines Polymers zur Viskosität seiner Lösung pro Konzentrationseinheit, ermittelt durch Extrapolation von Messungen in verdünnter Lösung auf null Konzentration. Sie spiegelt die Größe der einzelnen Knäuel in diesem Lösungsmittel wider.

Wie liefert die Viskosimetrie eine Molmasse?

Die Mark-Houwink-Gleichung setzt die intrinsische Viskosität über zwei für das Polymer-Lösungsmittel-Temperatur-System spezifische Konstanten mit der Molmasse in Beziehung. Mit diesen Konstanten liefert eine einzelne intrinsische Viskositätsmessung eine Viskositäts-Mittelwert-Molmasse.