Viscosité d'une solution polymère

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La dissolution d'un polymère dans un solvant (lorsqu'une telle dissolution est possible) augmente la viscosité de la solution. À partir de mesures de la viscosité de la solution pour différentes concentrations en polymère dissous, on peut calculer la masse molaire moyenne viscosimétrique. Elle est notée . Contrairement aux autres masses molaires moyennes, n'est pas une valeur absolue car elle dépend du solvant utilisé et de la température.

Détermination[modifier | modifier le code]

La viscosité des solutions diluées de polymères (concentration généralement inférieure à 1 %) est réalisée avec un viscosimètre pour solutions comme les viscosimètres capillaires (viscosimètres d'Ostwald et d'Ubbelohde). On mesure d’abord la viscosité (ou le temps d'écoulement) du solvant pur. Le polymère est ensuite dissous dans ce solvant jusqu’à l'obtention de la concentration attendue. La viscosité de la solution diluée est alors mesurée.

Typologie[modifier | modifier le code]

Soit la viscosité du solvant en l'absence de polymère dissous. Soit la viscosité de la solution contenant une concentration de polymère dissous.

  • Viscosité relative : c'est un nombre sans dimension représentant le rapport de la viscosité de la solution sur la viscosité du solvant :

.

  • Viscosité spécifique : (également sans dimension)

.

  • Viscosité réduite : il s'agit du rapport de la viscosité spécifique sur la concentration en polymère dissous. La viscosité réduite a donc la dimension de l'inverse d'une concentration[1].

  • Viscosité intrinsèque : notée , il s'agit de la limite de la viscosité spécifique lorsque la concentration en polymère dissous tend vers zéro. La viscosité intrinsèque a également la dimension de l'inverse d'une concentration.

  • Viscosité inhérente : (dimension de l'inverse d'une concentration)

.

Relation entre viscosité et masse molaire[modifier | modifier le code]

L'équation de Mark–Houwink ou de Mark-Houwink-Sakurada (MHS) permet de relier la viscosité intrinsèque à la masse molaire moyenne viscosimétrique . Cette équation s'écrit[2] :

Il s'agit d'une relation semi-empirique. Les coefficients et varient avec le couple (solvant/polymère) considéré et la température de la solution. Il existe des tables donnant les valeurs de ces coefficients en fonction de ces paramètres.

La relation MHS peut être réécrite sous la forme suivante en prenant le logarithme de chacun de ces termes :

.

Cette relation linéaire permet de déterminer aisément les valeurs des coefficients et . Si l'on représente en fonction de , on devrait obtenir une droite de pente et d'ordonnée à l'origine .

Remarque : lorsque , on parle également de relation de Staudinger.

Relation entre viscosité et concentration[modifier | modifier le code]

L'équation de Huggins est une équation empirique utilisée pour relier la viscosité réduite d'une solution diluée de polymère à la concentration de ce polymère dans cette solution. Cette équation s'écrit[3] :

avec la viscosité réduite, c la concentration massique du polymère, le coefficient de Huggins et la viscosité intrinsèque.

Le coefficient de Huggins utilisé dans cette équation est un indicateur de la force du solvant. Le coefficient varie généralement entre pour les solvants forts et pour les solvants pauvres[4].

Notes et références[modifier | modifier le code]

  1. Par exemple : des L.kg-1 avec les unités SI.
  2. Mark–Houwink equation, IUPAC Gold Book
  3. Huggins equation, IUPAC Gold Book
  4. Arza Seidel, Characterization analysis of polymers., Hoboken, N.J., Wiley-Interscience, (ISBN 978-0-470-23300-9), p. 687

Voir aussi[modifier | modifier le code]

Articles connexes[modifier | modifier le code]

Liens externes[modifier | modifier le code]