膠體粘度
其中,牛頓型是討論問題的基礎,一些只有分子內摩擦而無內部結構的流體屬此類,如水、甘油等。低濃度的膠體多半為牛頓型;隨著濃度的增加,流型偏離牛頓型,但屬塑性、假塑性和脹流型中的哪一種,將因物質而異。最早研究稀濃度膠體的是A.愛因斯坦,他在1911年得出下列公式:
η=η0(1+2.5φ)(φ<0.1)
式中η0和η分別為溶劑和稀濃度膠體的粘度;φ為膠體質點的體積分數。得出上式時,他除了運用流體力學知識外,還藉助下列假設:①膠體質點是比溶劑分子大得多的球;②球是剛體,且能被不可壓縮的溶劑完全潤濕;③濃度極稀,流體經過質點時,各流層所遭受的擾亂不至於相互干擾;④體系中無紊流。該式曾用已知尺寸的細玻璃球和某種酵母驗證,在濃度很稀時,理論與實驗數據相符。該式說明相對粘度
對於稍濃一點的膠體,用下列公式表示:
η=η0(1+2.5φ+K1φ2+…)
式中K1是參數,根據不同的模型,可算得不同的數值。若膠體是非球形的不規則質點,流體流經其質點邊緣時,質點可以轉動,從而消耗了額外的能量。此外,質點之間的相互干擾也是必須考慮的重要因素。濃度稀時,R.西馬就鏇轉的橢圓體推導出下式:
當質點相互間有作用,並能形成網狀結構時,還會有一部分溶劑包含在其中,從而使膠體粘度大大增加,因為不但能流動的溶劑減少,而且拆散網狀結構或使其變形,都需要能量。此種因結構而生出的粘度叫結構粘度。它與所施的剪下力有很大關係。剪下力小時,結構粘度大;剪下力增加後,網狀結構被拆散,質點還會隨之定向,故粘度下降。一般濃的膠體和高聚物溶液,皆有此現象。
對親液膠體的粘度,特別是無規線團高聚物溶液的粘度,H.F.馬克和R.豪溫克用兩參數的經驗公式,將其特性粘度[η]同分子量Μ關聯起來。
【η】=KM α
式中K和α為參數。大量實驗數據表明,α在0.5~1.0之間變化。使用良溶劑時,線型高聚物的α為0.6~0.8。加入不良溶劑後,α值逐漸減小;在接近沉澱點時,α值接近1/2。對於內鏇轉阻礙較大的剛性高聚物鏈,α值接近1.0。為了求得[η],必須進行一系列粘度測定,其中有相對粘度(ηr)、 增比粘度
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影響高聚物粘度的因素甚多,如溶液濃度、溶劑種類、溫度、剪下速率、高聚物鏈的聚集狀態及其相互作用等。