Viskosimetrie

Die Viskosimetrie ist eine klassische Methode der Polymercharakterisierung. Zielgröße ist dabei die intrinsische Viskosität [eta], auch als Staudinger-Index bezeichnet. Die intrinsische Viskosität ist über eine Skalenbeziehung mit der Molmasse verknüpft, so daß die Viskosimetrie eine experimentell unaufwendige Methode zur Molmassenbestimmung darstellt. Allerdings sind dazu bestimmte systemabhängige Konstanten erforderlich, die für das jeweilige Polymer-Lösemittel-System bekannt sein müssen.

Die intrinsische Viskosität ist ein Maß für den Raumanspruch eines Partikels bzw. Moleküls. Sie kann in hydrodynamischen Berechnungen verwendet werden, um das Strömungsverhalten des Teilchens zu beschreiben. In Kombination mit anderen Parametern erlaubt [eta] die Bestimmung der Partikelform und Partikelquellung.

Die Viskosimetrie läßt sich auch in der Kolloidcharakterisierung hervorragend einsetzen. Voraussetzung dafür ist allerdings eine sehr genaue Bestimmung, denn im Gegensatz zu (oftmals stark gequollenen) Makromolekülen ist der Raumanspruch von Kolloiden und damit die intrinsische Viskosität sehr klein.

Zur Messung von [eta] existieren zwei experimentelle Ansätze. Weit verbreitet ist das Ubbelohde-Viskosimeter, in dem die Lösung durch eine senkrechte Kapillare unter Einfluß des Erdfeldes abwärts strömt. Man mißt die Zeit, die ein bestimmtes Volumen benötigt, um die Kapillare zu durchströmen. Dieses Verfahren wird bei kleinen Viskositäten, die sich kaum noch von der Viskosität des Lösemittels unterscheiden, sehr ungenau. Außerdem machen die Kapillarkräfte bestimmte Korrekturen notwendig, und die Zeitmessung ist verhältnismäßig ungenau.

Demgegenüber werden im Kapillarviskosimeter Druckdifferenzen bestimmt, was in wesentlich höherer Genauigkeit möglich ist. Man mißt die Druckdifferenz an Anfang und Ende einer Kapillare, durch welche die Lösung hindurchgepreßt wird. Anhand des Hagen-Poiseuille'schen Gesetzes läßt sich daraus die Viskosität berechnen. Außer der höheren Genauigkeit bietet dieses Verfahren den Vorteil, daß es nicht auf den Einsatz des Erdfeldes beschränkt ist. Vielmehr ist der Eingangsdruck variabel, so daß auch die Scherrate verändert werden kann. Damit werden Phänomene wie Scherverdickung und -verdünnung zugänglich. Weiterhin ist der Substanzbedarf eines derartigen Viskosimeters deutlich geringer.

Wir bestimmen Viskositäten mit einem kombinierten Viskositäts- und Brechungsindexdetektor, der eine Stoffbilanzierung während der Viskositätsmessung erlaubt und über eine hohe Empfindlichkeit verfügt. So sind wir beispielsweise in der Lage, die instrinsische Viskosität einer Substanz aus nur 100 µl einer verdünnten Lösung zu bestimmen.