VISCOSIMETRIA

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La viscosidad () es la propiedad de una sustancia que determina su resistencia a la deformacin. Adems da idea de la facilidad con que esta sustancia puede o no fluir. Sus unidades en el SI son los Pa*s pero tambin se utiliza otra unidad llamada Poises (1 Poise = 10-1 Pa*s). Tambin se suele utilizar otra unidad llamada viscosidad cinemtica, v, que relaciona la viscosidad con la densidad del fluido (v = /).

VISCOSIMETRIAUNIDADES DE VISCOSIDADEn elSI(Sistema Internacional de Unidades), launidad fsica deviscosidaddinmica es elpascal-segundo(Pas), que corresponde exactamente a 1Ns/mo 1kg/(ms).La unidadcgspara la viscosidad dinmica es elpoise(1 poise (P) =1g(scm)1= 1 dinascm2= 0,1 Pas), cuyo nombre homenajea al fisilogo francsJean Louis Marie Poiseuille(1799-1869). Se suele usar ms su submltiplo elcentipoise(cP). El centipoise es ms usado debido a que el agua tiene una viscosidad de 1,0020cP a 20C.1 poise = 100 centipoise = 1 g/(cms)= 0,1Pas1 centipoise = 1mPas

VISCOSIMETRIAEl poiseuilleEnFranciase intent establecer la unidadpoiseuille(Pl) como nombre para el Pas, sin xito internacional. No se debe confundir el poiseuille con elpoise, llamado as por la misma persona.Viscosidad cinemticaSe obtiene como cociente de la viscosidad dinmica (o absoluta) y la densidad. La unidad en el SI es el (m/s). La unidad fsica de la viscosidad cinemtica en elsistema CGSes elstoke(abreviado S o St), cuyo nombre proviene del fsico irlandsGeorge Gabriel Stokes(1819-1903). A veces se expresa en trminos decentistokes(cS o cSt).1 stoke = 100 centistokes = 1 cm/s = 0,0001 m/s

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La viscosidad entre otras cosas nos da informacin acerca del comportamiento del flujo de los lquidos a travs de tuberas, grifos, etc, como a la prdida de friccin termodinmica con la lubricacin y su comportamiento de sta en sus capas.La determinacin de la viscosidad en los plastificantes por ejemplo nos da informacin acerca de l porcentaje de pureza y de la variacin de la viscosidad con la temperatura.

VISCOSIMETRIAEn los plsticos se mide por varios mtodos, para lo cual se utilizan viscosmetros y procedimientos normalizados por ejemplo el Viscosmetro de Ubbelohde.La viscosidad de soluciones de plsticos da una medida de la longitud de las cadenas de las molculas.En el caso de PVC, el valor K se calcula por el mtodo de Fikentscher y da una medida relativa de las diferentes clases de material de alto peso molecular

VISCOSIMETRIALos grupos qumicos que se encuentran en los extremos de las cadenas, no son iguales que el resto de las unidades estructurales y le restan regularidad a la estructura. Tienen tambin mayor movilidad, puesto que estn unidos a las cadenas por un solo lado.Estos factores interfieren en la cristalinidad. Como los polmeros de bajo peso molecular tienen una alta concentracin de extremos, tienen en general, baja cristalinidad.

VISCOSIMETRIAPor otra parte, los polmeros de muy alto peso molecular tienen dificultad para cristalizar, debido a que las cadenas muy largas se enmaraan ms.La consecuencia de todo esto es que para cada polmero, hay un intervalo intermedio de pesos moleculares en que el grado de cristalinidad es mximo.Las reacciones de polimerizaciones, tanto sintticas como naturales, producen polmeros con pesos moleculares heterogneos, es decir, cadenas con nmeros distintos de unidades de repeticinLos polmeros sintticos pueden tener un peso molecular entre 10.000 y 1.000.000 g/mol.

VISCOSIMETRIAMedidas de ViscosidadesSe basan en el fenmeno de que las molculas filiformes aumentan considerablemente la viscosidad de un disolvente en el que estn disueltos incluso a concentraciones bajas.Se usa solo para molculas lineales o poco ramificadas.La determinacin del peso molecular no depende de la viscosidad absoluta, sino del aumento de la viscosidad relativa.La medida debe realizarse determinando la viscosidad de la disolucin del polmero () y la del disolvente puro (0) deduciendo de estas medidas la viscosidad especfica.sp = 0 / 0

VISCOSIMETRIASi el viscosmetro posee dimensiones determinadas y las medidas se realizan en pequeas concentraciones (de tal manera que la densidad de la disolucin se aproxima a la densidad del disolvente),Se puede sustituir, con buena aproximacin, las viscosidades () y (0) por el tiempo de cada t (disolucin) y t0 (disolvente).

La ecuacin anterior se simplifica entonces:sp = t t0 / t0

VISCOSIMETRIAY, si se divide este valor por la concentracin del polmero en la disolucin, se obtiene entonces la viscosidad especfica reducida sp/c, pero como esta depende nuevamente de la concentracin, se utiliza como medida de las relaciones viscosimtricas en molculas filiformes mas exactamente la viscosidad lmite (viscosidad relativa), que viene definida por la siguiente expresin:[] = ( sp/c)Como la sp es adimensional [], tiene la dimensin de una concentracin recproca (por ejemplo litro/gramo 100 cm3/gramo). Tambin se utiliza la unidad c.c/gr. Por ello, en las medidas de viscosidades siempre se debe indicar la medida de concentracin empleada.

VISCOSIMETRIALas medidas de concentracin infinitamente pequeas no se puede realizar en la practica, por ello es necesario hacer las medidas a concentraciones mas pequeas posibles y extrapolar despus a concentracin cero.

Para esto se utilizan procedimientos grficos en los que se representan los valores sp/c determinados a diferentes concentraciones (10, 5, 2.5 y 1.5 gr/lt.).La extrapolacin a concentracin cero nos da el valor [] en el punto de corte de la curva con el eje de coordenadas.

VISCOSIMETRIAEn polmeros con PM bajos o medios se obtienen generalmente rectas.

VISCOSIMETRIADETERMINACIN DEL PESO MOLECULAR EN SOLUCIONESPara determinar el Peso Molecular del polmero en solucin debemos utilizar la Ecuacin de Mark-Houwink:[] = KMaDonde: = Viscosidada = 0.72 (Por ej. para el PS)K = 1.15 * 10-4 gr/dLM = Peso Molecular (promedio en peso)C = Concentracin

VISCOSIMETRIAViscosidad Relativa: r = t / t0Viscosidad Especfica:sp = r -1Ecuacin de Huggins:sp----------- = [] + K`[]2 C CEcuacin de Kraemer:In r -------------- = [] + K[]2 C CLos parmetros K y a son las llamadas Constantes de Mark Houwink y dependen del polmero, del disolvente y de la temperatura. Estos parmetros se pueden encontrar para alguno de los polmeros a partir de la bibliografa disponible.Ambas corresponden a lneas rectas cuando se grafican en funcin de la concentracin C. El intercepto es el mismo y corresponde a la viscosidad intrnseca []

VISCOSIMETRIAVISCOSIMETRA CAPILARLa Viscosimetra Capilar es una de las tcnicas de caracterizacin de polmeros ms populares por su sencillez de manejo, la simplicidad de su anlisis de resultados y sobre todo, por la gran informacin que proporciona: peso molecular, volumen hidrodinmico, existencia de agregados,...etc.

VISCOSIMETRIATIPOS DE VISCOSMETROSExisten diferentes instrumentos que se encargan de medir la viscosidad de una sustancia, los cuales se denominan viscosmetros. Estos se basan en diferentes principios para realizar estasmediciones. Entre ellos se tienen lasCopasFordy el viscosmetrocapilarCannonFenske, los cuales se basan en el tiempo que le toma a la sustancia de inters salir por un orifico ocapilarde determinado dimetro. Estos viscosmetros se encargan de medir la viscosidad cinemtica.

VISCOSIMETRIA1.VISCOSMETRO DE LA COPAFORD Como sunombrelo indica consiste en una copa, de volumen conocido, con un orificio en la parte inferior por donde sale la sustancia que a la cual se le quiere medir la viscosidad. Son de gran practicidad debido a su fcil uso. Estascopas vienen clasificadas deacuerdoa unos nmeros, lascopascorrespondientes a los nmeros ms bajos tienen orificios de menor dimetro y las que tienen nmeros ms alto poseen orificios ms grandes. usado por muchos laboratoristas para medir viscosidad en pinturas, aceites, barnices tanto en el laboratorio como en el proceso.

VISCOSIMETRIAPROCEDIMIENTOLa copa se llena con el lquido a medir y se tapa el orificio con un dedo de la mano.Con un cronmetro se mide el tiempo en segundos desde que se quita el dedo hasta el momento preciso en que el hilo del lquido se rompe.Este tiempo se convierte en centistokes con una tabla de conversin que se proporciona con la copa. CARACTERISTICASLas Copas de viscosidad Ford estn garantizadas para estar dentro del 2% del rango recomendado para su uso.Para lquidos de viscosidad baja.Cumple con la norma ASTM D332, 365 y D1200.Cuerpo hecho de barra de aluminio slido.Orificio de latn.Calibrado con estndares de viscosidad referidos para certificar para aceites ante el NIST. (National Institute of Standards and Technology de los Estados Unidos de Amrica)Copa Ford

VISCOSIMETRIALos tipos de viscosmetros capilares:

a) viscosmetro Ostwald

b) viscosmetro Cannon-Fanske:

c) viscosmetro Ubbelohde:

Viscosidad de soluciones diluidas de polmeros

VISCOSIMETRIAVISCOSMETRO UBBELOHDE:El aparato consta de tres tubos, 1, 2 y 3, de vidrio, un recipiente de reserva, 4, un capilar, 7, con el recipiente de medida, 8, y la bola de avance del lquido, 9. Entre estas bolas se sitan las marcas de la medida. El capilar termina en la parte inferior , 6, en un casquete esfrico, por el que sale la muestra del capilar en forma de pelcula delgada (nivel de bola suspendido) .

VISCOSIMETRIAPROCESO DE MEDIDA Para efectuar la medida se vierten unos 12 ml de la muestra por el tubo mas ancho, 3, al recipiente de reserva, 4, del viscosmetro, hasta que la superficie de las muestras queda entre las marcas M. El lquido del bao termosttico se regular a la temperatura del ensayo, entre 15 y 30 C. El nivel del bao se encuentrar algo por encima de la bola de avance. El capilar ha de estar vertical. Esperar a que la muestra en el viscosmetro tenga la temperatura del ensayo. Cerrar el orificio del tubo 1 con el dedo y aspirar en el tubo 2 con un tubo flexible conectado a un sistema de vaco, con lo que se llenarn sucesivamente, el capilar, el recipiente de nivel, 5, y la bola de avance, 9. Ahora se interrumpe la aspiracin, se quita la tubera flexible y se libera el orificio del tubo 1, entonces se rompe la columna de lquido en el extremo inferior del capilar,7, formndose en el casquete esfrico, 6, el nivel de bola suspendido Se mide el tiempo que tarda el menisco inferior de la muestra en pasar desde M1 hasta M2, expresndose en segundos.

VISCOSIMETRIACLCULOS La viscosidad cinemtica, dada por viscosmetros como el descrito, se calcula aplicando la frmula: v = K x t Siendo: v = la viscosidad cinemtica, en cSt K = indica la constante del aparato, en cSt/seg, t = es el valor de la medida, en segundos

VISCOSIMETRIA3.VISCOSMETRO DE OSTWALDEl viscosmetro de Oswald es el ms antiguo de los viscosmetros capilares de vidrio. Como ocurre en general en este tipo de viscosmetros la fuerzaimpulsora es la gravedad. En este viscosmetro se calcula la viscosidad de un lquido mediante la medida del tiempo que tarda en atravesar un tubo capilar, que como su nombre indica es lo suficientemente estrecho como para apreciar una dificultad notable en el paso del lquido.

viscosmetro de Oswald

VISCOSIMETRIAElfuncionamientodel viscosmetro de Ostwald sebasaen la ley de Poiseuille. Partiendo de esta ley se puede obtener la viscosidad de un lquido conociendo la viscosidad del otro y la densidad de ambos.

Basta con medir el tiempo que tardan ambos en atravesar el mismo viscosmetro dado que el resto de magnitudes (volumen de lquido considerado, longitud y radio del capilar, prdida de carga) se mantienen constantes.

= t t

FIN DE CURSO

QUIMICA DE POLMEROS

Profesora: Mg. Ing. Marcela Lpez ChvezCorreo Electrnico: mhlopezch@yahoo.com

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