胶体粘度

概念 | 胶体粘度

胶体粘度,根据不同的流动-形变性能,流体的流型可分为牛顿型和非牛顿型(塑性、 假塑性 、胀流型)。

简介

其中,牛顿型是讨论问题的基础,一些只有分子内摩擦而无内部结构的流体属此类,如水、甘油等。低浓度的胶体多半为牛顿型;随着浓度的增加,流型偏离牛顿型,但属塑性、假塑性和胀流型中的哪一种,将因物质而异。

相关公式

最早研究稀浓度胶体的是A. 爱因斯坦 ,他在1911年得出下列公式:

η=η0(1+2.5φ) (φ<0.1)

式中η0和η分别为溶剂和稀浓度胶体的粘度;φ为胶体质点的 体积分数 。得出上式时,他除了运用流体力学知识外,还借助下列假设:①胶体质点是比溶剂分子大得多的球;②球是刚体,且能被不可压缩的溶剂完全润湿;③浓度极稀,流体经过质点时,各流层所遭受的扰乱不至于相互干扰;④体系中无紊流。该式曾用已知尺寸的细玻璃球和某种 酵母 验证,在浓度很稀时,理论与实验数据相符。该式说明 相对粘度 与质点性质和大小无关,粘度的增加只是因为流体受到更大的切应力。实际上,质点的大小、多分散性和 溶剂化作用 等都影响粘度。

对于稍浓一点的胶体,用下列公式表示:

η=η0(1+2.5φ+K1φ +…)

式中K1是参数,根据不同的模型,可算得不同的数值。

若胶体是非球形的不规则质点,流体流经其质点边缘时,质点可以转动,从而消耗了额外的能量。此外,质点之间的相互干扰也是必须考虑的重要因素。浓度稀时,R.西马就旋转的椭圆体推导出下式:式中a、b分别是椭圆体的长轴和短轴;λ为常数,扁长旋转椭圆体的λ是1.5,圆体形棒的λ是1.8。该式曾用不同粒径的烟草斑纹病毒验证,在a/b=20.3~64.3,φ<0.003范围内,理论与实验结果符合得很好。

当质点相互间有作用,并能形成网状结构时,还会有一部分溶剂包含在其中,从而使胶体粘度大大增加,因为不但能流动的溶剂减少,而且拆散网状结构或使其变形,都需要能量。此种因结构而生出的粘度叫 结构粘度 。它与所施的剪切力有很大关系。剪切力小时,结构粘度大;剪切力增加后,网状结构被拆散,质点还会随之定向,故粘度下降。一般浓的胶体和高聚物溶液,皆有此现象。

亲液胶体 的粘度,特别是无规线团高聚物溶液的粘度,H.F.马克和R.豪温克用两参数的经验公式,将其特性粘度[η]同分子量Μ关联起来。

【η】=KMα

式中K和α为参数。大量实验数据表明,α在0.5~1.0之间变化。使用良溶剂时,线型高聚物的α为0.6~0.8。加入不良溶剂后,α值逐渐减小;在接近 沉淀点 时,α值接近1/2。对于内旋转阻碍较大的刚性高聚物链,α值接近1.0。

为了求得[η],必须进行一系列粘度测定,其中有相对粘度(ηr)、增比粘度、 比浓粘度比浓对数粘度 。c为浓度,且:通常,取4~5个不同浓度的溶液,测定其η和η0,利用稀释外推方法,即可求得【η】(见图)。即以ηSP/c对c和以ln(ηr/c)对c作图,分别得到两条直线,外推后,与纵坐标交于同一点,其 截距 为【η】·c,从而得到【η】。

影响高聚物粘度的因素甚多,如溶液浓度、溶剂种类、温度、剪切速率、高聚物链的聚集状态及其相互作用等。

中文名
胶体粘度
外文名
viscosity of colloids
分类依据
流动-形变性能
关于流体
可分为牛顿型和非牛顿型流体