DSV稀溶液粘度檢測技術(shù)及在高分子行業(yè)的應(yīng)用

您在實(shí)驗(yàn)室中使用烏式粘度計(jì)嗎？

測試中您是否不愿意與有毒劑接觸？

您是否為了粘度測試過程中的溫度波動(dòng)造成的數(shù)據(jù)不穩(wěn)而煩惱？

您是否為了烏式粘度計(jì)繁瑣的清洗和校正步驟而頭痛？

您是否每天長時(shí)間盯著秒表和粘度計(jì)刻度而頭暈?zāi)X脹？

解決之道：一種先進(jìn)的全自動(dòng)粘度測試技術(shù)-DSV (Dilute SolutionViscosity)的原理和應(yīng)用。

溶液粘度法介紹

特性粘度，比濃對(duì)數(shù)粘度，相對(duì)粘度，比農(nóng)粘度和粘度測試廣泛應(yīng)用于質(zhì)量控制過程，從中可以得到與分子量和高分子物理性質(zhì)相關(guān)的參數(shù)。相對(duì)粘度法廣泛應(yīng)用于高分子行業(yè)的生產(chǎn)和研發(fā)領(lǐng)域的檢測和監(jiān)控，如PET，PVC，PC，Nylon，纖維素等等。

在過去，粘度測試是利用烏式粘度計(jì)（玻璃毛細(xì)管粘度計(jì)）通過檢測溶液在重力作用下的流過一段毛細(xì)管的時(shí)間來進(jìn)行的。

左圖： 標(biāo)準(zhǔn)玻璃毛細(xì)管粘度計(jì)圖，右圖：Huggins 曲線外推和Kraemer曲線外推
兩個(gè)主要的影響溶液粘度的因素是溫度和溶劑變化。如果使用傳統(tǒng)粘度方法檢測特性粘度，需要配置3-5個(gè)不同濃度的高分子溶液，得到比濃粘度或者比濃對(duì)數(shù)粘度。繪制Huggins曲線或者Kraemer曲線，并外推到濃度為零，得到特性粘度（右圖所示）。
由于多濃度檢測需要很長時(shí)間，很多控制實(shí)驗(yàn)室選擇利用一個(gè)單一濃度測試比濃、比濃對(duì)數(shù)和相對(duì)粘度。檢測者通常直接采用得到的數(shù)值或者使用一個(gè)經(jīng)驗(yàn)方程外推到零濃度。很顯然這種方法缺乏準(zhǔn)確性，并且仍舊需要大量時(shí)間進(jìn)行測試。
溶液粘度測試中有多種模型和計(jì)算方式
Huggins外推方程：


通過Stokes定律推導(dǎo)而出并進(jìn)行校正而得，此方程只適用于各個(gè)分子間五相互作用，其中K_H是依賴于高分子大小，形狀和溶劑的常數(shù)。
Kraemer 外推方程：

其中，K’是依賴于高分子和溶劑和常數(shù)。Kraemer在其理論中重新定義了特性粘度：

而得到了以上方程，理論上K_H+K’=0.5，但是Huggins和Kraemer方程實(shí)際運(yùn)用過程中有時(shí)不能得到一致特性粘度


Solomon - Ciuta 單點(diǎn)法 ：

由于外推法的復(fù)雜性，學(xué)者們提出一點(diǎn)法方程。Solomon和Ciuta通過實(shí)驗(yàn)得到經(jīng)驗(yàn)方程。通常來說，當(dāng)K_H在1/3附近時(shí)，該方法可以具有較好的準(zhǔn)確性。該方法常用于PMMA等高分子材料的測定。
BillMeyer單點(diǎn)法 ：

Bill Meyer 方程也是一種一點(diǎn)法方程，通過一個(gè)濃度下樣品的相對(duì)粘度測試計(jì)算其特性粘度。該方法常用于PET等高分子材料的測定。
Mark-Houwink 方程：

用于將特性粘度和分子量聯(lián)系起來的公式，其中 K 和a 是依賴于溶劑和高分子種類的常數(shù)。a值的大小可以反應(yīng)分子線團(tuán)密度以及分子的剛性和柔性信息。
一種新穎的粘度測試方法- 基于雙毛細(xì)管壓力器的稀溶液粘度儀

與玻璃毛細(xì)管粘度計(jì)通過檢測溶液通過毛細(xì)管的時(shí)間不同，稀溶液粘度儀利用壓力變化檢測相對(duì)粘度。兩個(gè)毛細(xì)管串聯(lián)在一起，進(jìn)樣閥位于兩個(gè)毛細(xì)管 1 和 2 中間。壓差傳感器檢測每個(gè)毛細(xì)管兩端的壓力降。當(dāng)樣品被注入第二個(gè)毛細(xì)管時(shí)，壓差傳感器檢測到毛細(xì)管2上的壓力變化。相對(duì)粘度等于兩個(gè)毛細(xì)管壓力降的比值乘以儀器常數(shù)K。

由于相對(duì)粘度儀的靈敏度非常高，那么只需要檢測一個(gè)足夠稀釋的溶液就能夠直接得到所需粘度，而不需要外推。稀溶液粘度儀提供了一個(gè)準(zhǔn)確、高精度的方法全自動(dòng)的進(jìn)行溶液粘度檢測。
不同粘度儀結(jié)果對(duì)比

我們以PET這種廣泛使用的高分子為例看看不同粘度測定法的測定結(jié)果：
測試樣品：PET
測試溶劑：苯酚，四氯乙烷 3：2混合
測試條件和方法：GB/T 14190 - 2008（Bill M）
結(jié)果：
表1. 同一個(gè)PET樣品的重復(fù)性

表2. 不同牌號(hào)PET樣品測試

數(shù)據(jù)來源于：合成技術(shù)及應(yīng)用 Vol.26,No.4,2011
可以看到不同的檢測技術(shù)結(jié)果一致性很好，而且DSV技術(shù)可以提供更好的重復(fù)性。后我們做一個(gè)簡單總結(jié)：
相對(duì)于傳統(tǒng)烏市毛細(xì)管粘度計(jì)：
后做一個(gè)簡單的對(duì)比:

希望將來和大家探討更多關(guān)于粘度的技術(shù)和應(yīng)用問題。