ISO/R 1628:1970
(Main)Plastics — Directives for the standardization of methods for the determination of the dilute solution viscosity of polymers
Plastics — Directives for the standardization of methods for the determination of the dilute solution viscosity of polymers
Matières plastiques — Directives pour la normalisation des méthodes de détermination de la viscosité des solutions diluées de polymères
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Ref. No. : ISO/R 1628-1970 (E)
’ UDC 678.518 : 532.13
IS0
I N T E R N AT I ON A L O R G AN 1 Z AT I ON F O R S TA N DARD 1 ZATl O N
IS0 R ECO M M EN DATIO N
R 1628
P LAST I CS
i
DIRECTIVES FOR THE STANDARDIZATION OF METHODS FOR THE DETERMINATION
OF THE DILUTE SOLUTION VISCOSITY OF POLYMERS
1st EDITION
June 1970
COPYRIGHT RESERVED
The copyright of IS0 Recommendations and IS0 Standards
belongs to IS0 Member Bodies. Reproduction of these
documents, in any country, may be. authorized therefore only
by the national standards organization of that country, being
a member of ISO.
For each individual country the only valid standard is the national standard of that country.
Printed in Switzerland
Also issued in French and Russian. Copies to be obtained through the national standards organizations.
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BRIEF HISTORY
The IS0 Recommendation R 1628, Plastics - Directives for the standardization of methods for the
determination of the dilute solution viscosity of polymers, was drawn up by Technical Committee ISO/TC 61,
Plastics, the Secretariat of which is held by the American National Standards Institute (ANSI).
Work on this question led to the adoption of Draft IS0 Recommendation No. 1628,which was circulated
to ali the IS0 Member Bodies for enquiry in May 1968. It was approved, subject to a few modifications of an
editorial nature, by the following Member Bodies :
Austria Iran South Africa, Rep. of
Belgium Israel Spain
Brazil Italy Sweden
Czechoslovakia Japan Switzerland
France Netherlands U.A.R.
Germany Poland United Kingdom
Hungary Portugal U.S.A.
India
Romania U.S.S.R.
No Member Body opposed the approval of the Draft.
This Draft IS0 Recommendation was then submitted by correspondence to the IS0 Council, which decided,
in June 1970, to accept it as an IS0 RECOMMENDATION.
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IS0 Recommendation R 1628 June 1970
PLASTICS
DIRECTIVES FOR THE STANDARDIZATION OF METHODS FOR THE DETERMINATION
OF THE DILUTE SOLUT ON VISCOSITY OF POLYMERS
INTRODUCTlON
This IS0 Recommendation is composed of two parts :
: Recommendations for the preparation of “standard methods of test” for the determination of the dilute
Part I
solution viscosity of polymers;
Part Il : Significance and justifications of these recommendations.
PART I
RECOMMENDATIONS
1. DEFINITIONS AND UNITS
1.1 Definitions applicable to any liquid
1.1.1 Viscosity (or dynamic viscosity) (symbol q) (see IS0 Recommendation R 3 1 - Part III, Quantities and
units of mechanics).
The viscosity of a fluid sheared between two parallel planes, one of which moves relative to the other in
rectilinear and uniform motion in its own plane, is defined by the Newton equation :
. . . (1)
7 = rl.s
where
r is the shear stress;
q is the viscosity;
dv
the velocity gradient (v is the velocity of one plane relative to the other and z the coordinate
f = -
dz
perpendicular to the two planes).
NOTE. ~ Viscosity is usually taken to mean “Newtonian viscosity”, in which case the ratio of shearing stress to the
velocity gradient is constant. In non-Newtonian behaviour, which is the usual case with high polymei solutions, the ratio
varies with the shearing stress. Such ratios are often called the “apparent viscosities” at the corresponding shearing
stresses.
The dimensions of viscosity are
ML -I T -I
and its units are
~ c.g.s. system : poise (P) = i g.cm-’.s-’
~ international system : N.s.m-* = 10 P
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-4- ISO/R 1628-1970 (E
1.1.2 Viscosityfdensity ratio* (kinematic viscosity) (symbol v)
This ratio is defined by the equation :
71
v=-
. . . (2)
P
where p is the density of the fluid.
Its dimensions are
L~T-'
and its units are
- c.g.s. system : stokes (St) = 1 cm2 .s-'
- internationalsystem : m2.s-l = 104 St
1.2 Defhtions applicable to polymer solutions
1.2.1 Viscosity ratio (formerly called relative viscosity). The ratio of the viscosities of the polymer solution
(of stated concentration) q and of the pure solvent qo at the same temperature :
This ratio being a number, it is dimensionless.
1.2.2 Viscosis, relative increment (formerly called specific viscosity). Viscosity ratio minus one :
Being a number, it is dimensionless.
1.2.3 Viscosity number (formerly called reduced viscosity). Ratio of the viscosity relative increment to the
polymer concentration c in the solution :
...
BOC
Its dimensions are
M-' L3
and its units in the c.g.s. system : d/g.
The viscosity number is usually determined at low concentration (under 0.01 glml).
1.2.4 Logarithmic viscosity number (formerly called inherent viscosity). Ratio of the natural logarithm of the
viscosity ratio to the polymer concentration in the solution :
C
Dimensions and units are the same as those given in clause 1.2.3. The logarithmic viscosity number is
usually determined at low concentration (under 0.01 glml).
*
This name and several of the following names are the result of P.A.C. decisions (6).
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5 -. ISO/R 1628-1970 (E)
1.2.5 Limiting viscosify number (formerly called intrinsic viscosity) (symbol [VI). Limiting value of the
viscosity number, or of the logarithmic viscosity number at infinite dilution :
. . . (7)
Dimensions and units are the same as those given in clause 1.2.3.
NOTE. ~ The effect of the shear rate of the functions defined in clauses 1.2.1 to 1.2.5 has been disregarded since this
effect is usually negligible for values of these functions less than 500 ml/g. Strictly speaking, all these functions should
be defined at the limiting (preferably infinitely small) value of the shear rate.
2. MEASUREMENTS
The data needed for the evaluation of the functions defined in clause 1.2 are obtained by means of a capillary
tube viscometer.
The efflux times of a given volume of solvent (to) and of solution (t) are measured at fixed temperature and
atmospheric pressure conditions. The efflux time of a liquid is related to its viscosity by the Poiseuille-Hagenbach-
Couette equation :
A
Q= kt- - .
i
where
k is a constant of the viscometer;
A is a parameter of the kinetic energy correction.
This equation can be reduced to
77 = kt . . . (9)
A
if the kinetic energy correction- can be disregarded.
A.
In this IS0 Recommendation, the term- IS considered to be negligible when it is smaller than 3 7% of the
t
viscosity of the solvent (see Part II). If this condition is accepted (i.e. unless other agreements have been made) the
77. t
viscosity ratio - will be given therefore by the “efflux time ratio” -.
770 t0
3. APPARATUS
Capillary viscorneter, suspended-level, Ubbelohde type (see Figure, page 1 O).
It is strongly recommended that its dimensions be chosen from among those indicated in Table 1. The choice
is determined by the viscosity/density ratio of the solvent at the temperature of measurement, as indicated in
Table 1.
Ubbelohde viscometers recommenaed for the determination of the dilute solution viscosity
TABLE I
of polymers
t
Viscosityldensity ratio
Capillary Reservoir
Viscome ter
of the solvent at temperature
diameter volume
model
of measurement
CSt mm ml
~
0.30 to 0.55 0.36 f 0.02 1.5 to 7.0
0.56 to 0.85 0.46 * 0.02 2.0 to 3.0
0.86 to 1.50 0.59 f 0.02 3.0 to 4.0
1.51 to 3.0 0.78 f 0.02 5.0 to 6.0
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-6- ISO/R 1628-1970 (E
For all models the capillary length L is 90 t 5 mm and the mean hydrostatic head h is 130 f 5 mm (see Figure,
page 10).
The next smaller viscorneter can also be used. The average diameter of the capillary is determined by a
suitable method.
4. SOLUTIONS
4.1 heparation of soiutions
The dissolution of the polymer sample in the solvent should give “true” solutions, free of microgels and of
associated macromolecules. Also, the polymer degradation should be minimized. For these reasons, the
dissolution procedure has to be exactly defmed and it is recommended that the following items be
mentioned :
the solvent used and its pretreatment, if any;
(U)
the apparatus and the method of agitation used;
(b)
the temperature range within which the system is maintained during the preparation of the
(c)
solution;
the time interval necessary for completely dissolving the polymer without degradation, or at
(d)
constant degradation;
the stabilizer and/or the protecting atmosphere used;
(e)
the conditions of filtration of the solution, if applied.
U>
4.2 Concentration
The solution concentration is such that the ratio of the efflux time of the solution t to the efflux time
of the solvent to is at least 1.2 and less than 2.
More than one concentration can therefore be used for a given resin-solvent system, depending on the
resin molecular weight.
In this case, however, a clear definition of the efflux time limits, which determine the choice of the
concentration, has to be given.
The concentration is expressed preferably in grammes of resin per millilitre of solution (g/rnl).
5. TEMPERATURE OF MEASUREMENT
The temperature should be chosen with respect to sufficient solubility and other technical requirements but
kept uniform for one particular resin-solvent system, and the temperature tolerance is to be specified. A
temperature of 25 f 0.05 OC should be chosen whenever possible.
6. EXPRESSION OF RESULTS
The result should preferably be expressed as a viscosity number (V.N. in mllg).
However, the result can be expressed as a limiting viscosity number (L.V.N. in ml/g) for polymers whose
different commercial grades require that different concentrations be used. (See clause 4.2.)
The limiting viscosity number (L.V.N.) can be calculated from the viscosity number by means of su
...
CDU 678.518 : 532.13 Réf. NO : ISO/R 1628-1970 (F)
IS0
ORGAN IS AT1 ON I N T ER N AT I O N A L E DE NORM A LI SAT1 ON
RECOMMANDATION IS0
R 1628
MAT I È Fi ES P LAST1 QU ES
DIRECTIVES POUR LA NORMALISATION DES MÉTHODES DE DÉTERMINATION
DE LA VISCOSITÉ DES SOLUTIONS DILUÉES DE POLYWIÈRES
ibre EDITION
Juin 1970
I .
REPRODUCTION INTERDITE
Le droit de reproduction des Recommandations IS0 et des Normes
IS0 est la propriété des Comités Membres de 1’ISO. En consé-
quence, dans chaque pays, la reproduction de ces documents ne
peut être autorisée que par l’organisation nationale de normali-
sation de ce pays, membre de I’ISO.
Seules les normes nationales sont valables dans leurs pays respectifs.
Imprimé en Suisse
Ce document est également édite en anglais et en russe. I1 peut être obtenu auprès des organisations
nationales de normalisation.
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HISTORIQUE
La Recommandation ISO/R 1628, Matières plastiques - Directives pour la normalisation des méthodes de
détermination de la viscosité des solutions diluées de polymères, a été élaborée par le Comité Technique
ISO/TC 61, Matières plastiques, dont le Secrétariat est assuré par I’American National Standards Institute (ANSI).
Les travaux relatifs à cette question aboutirent à l’adoption du Projet de Recommandation IS0 No 1628,
qui fut soumis en, mai 1968, à l’enquête de tous les Comités Membres de l’IS0. I1 fut approuvé, sous réseme de
quelques modifications d’ordre rédactionnel, par les Comités Membres suivants :
Afrique du Sud, Rep. d’ Inde R.A.U.
Allemagne Iran Roumanie
Au triche Israël Roy aume -U ni
Belgique Italie Suède
Brésil Japon Suisse
Espagne Pays-Bas Tchécoslovaquie
France Pologne U.R.S.S.
Hongrie Portugal U.S.A.
Aucun Comité Membre ne se déclara opposé à l’approbation du Projet.
Ce Projet de Recommandation IS0 fut alors soumis par correspondance au Conseil de I’ISO, qui décida de
l’accepter comme RECOMMANDATION 1.50.
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Recommandation IS0 R 1628 Juin 1970
MAT1 k R ES PLASTIQUES
DIRECTIVES POUR LA NORMALISATION DES MÉTHODES DE DÉTERMINATION
DE LA VISCOSITÉ DES SOLUTIONS DILUÉES DE POLYMÈRES
UWRODUCTION
La présente Recommandation IS0 comprend deux parties, à savoir :
Première partie : Recommandations pour la mise au point de ((méthodes d'essais normalisées)) pour la
détermination de la viscosité de solutions diluées de polymères;
Deuxième partie : Signification et justifications de ces recommandations.
PREMIÈRE PARTIE
RECOMMANDATIONS
1. DÉFINITIONS ET UNITÉS
1.1 Définitions applicables à tous les liquides
1.1.1 Viscosité (ou viscosité dynamique) (symbole q) (Voir Recommandation ISO/R 31 - Troisième partie,
Grandeurs et unités de mécanique).
La viscosité d'un fluide cisaillé entre deux plans parallèles, dont l'un se déplace par rapport à l'autre d'un
mouvement linéaire et uniforme dans son propre plan, est définie par l'équation de Newton :
7 =%Y . . .(I)
où
T est la contrainte de cisaillement;
î) est la viscosité;
dv
est le gradient de vitesse (V étant la vitesse d'un plan par rapport à l'autre, et z la coordonnée
9 =
perpendiculaire aux deux plans).
NOTE. - Le terme viscosité est, en général, pris dans le Sens de uviscosité newtonienne». Dans ce cas, le rapport de
la contrainte de cisaillement au gradKnt de vitesse est constant. Dans le cas d'un comportement non newtonien, ce
qui est le cas habituel des solutions de hauts polymères, ce rapport varie avec la contrainte de cisaillement. De tels
rapports sont souvent appelés
L'équation aux dimensions de la viscosité est
ML-~T-'
et les unités sont :
- Système C. G.S. : Poise (P) = i g.cm -' .s-'
- Système international : N.s.m-2 = 10 P
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-4- ISO/R 1628-1970 (F)
1.1.2 Rapport viscositélmasse volumique* (ou viscosité cinématique) (symbole U)
Ce rapport est défini par l'équation :
où p est la masse volumique du fluide.
L'équation aux dimensions est
L~T-'
et les unités sont :
- Système C.G.S. : Stokes (St) = 1 cm2 .s-'
- Système international : m2 .s-' = io4 St
1.2 Définitions applicables aux solutions des polymères
1.2.1 Rapport des viscosités (appelé autrefois viscosité relative). Rapport de la viscosité d'une solution de
polymère 17 (à concentration définie) à celle du solvant pur q0, à la même température
17
-
...
(3)
170
I1 s'agit d'un nombre sans dimension.
1.2.2 Incrément relatif de viscosité (appelé autrefois viscosité specifique). Rapport des viscosités, diminué de un:
I1 s'agit d'un nombre sans dimension.
1.23 Indice de viscosité (appelé autrefois nombre de viscosité ou viscosité réduite). Rapport de l'incrément
relatif de viscosité à la concentration c du polymère dans la solution :
17-170
. . . (5)
170 c
L'équation aux dimensions est
M-' L3
et les unités sont, dans le système C.G.S. : ml/g.
L'indice de viscosité est généralement déteminé à faible concentration (inférieure à 0,Ol plmi).
1.2.4 Indice logarithmique de viscosité (appelé autrefois viscosité inhérente). Rapport du logarithme népérien
du rapport des viscosités à la concentration du polymère dans la solution
C
Les dimensions et unités sont les même que celies indiquées au paragraphe 1.2.3.
L'indice logarithmique de viscosité est généralement déterminé à faible concentration (inférieure à
0901 S/d).
Ce nom et plusieurs des noms suivants résultent des décisions de i'U.I.C.P.A.6)
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1.2.5 Indice limite de viscosité (appelé autrefois nombre limite de viscosité ou viscosité intrinsèque)
(symbole [VI). Valeur limite de l’indice de viscosité ou de l’indice logarithmique de viscosité à
dilution infinie :
7) - 770
‘VI=:% (77)
. . . (7)
[q] = lim- ln (3
c+o c
Les dimensions et unités sont les mêmes que celles indiquées au paragraphe 1.2.3.
NOTE. - L’influence du taux de cisaillement sur les fonctions définiesaux paragraphes 1.2.1 à 1.2.5 a été negligee,
étant donné que cette influence est d‘ordinaire négligeable pour les valeurs de ces fonctions inférieures à 500 ml/g.
Pour être données avec rigueur, toutes ces fonctions devraient être définies à la valeur limite (de préférence,
infiniment faible) du taux de cisaillement.
2. MESURAGES
Les éléments nécessaires au calcul des fonctions définies au paragraphe 1.2 sont obtenus au moyen d’un
viscosimètre à tube capillaire. Les temps d’écoulement d’un volume donné de solvant (to) et de la solution (t)
sont mesurés dans des conditions de température et de pression atmosphérique données.
Le temps d’écoulement d’un liquide est lié à la viscosité par l’équation de Poiseuille-Hagenbach-Couette :
. . . (8)
77 = kt-e)
où
k est la constante du viscosimètre;
A est le paramètre de correction d’énergie cinétique.
à
Cette équation peut être réduite
kt . . . (9)
A
si la correction d’énergie cinétique- peut être négligée.
t
A
Dans la présente Recommandation ISO, le terme- est considéré comme négligeable lorsqu’il est inférieur à 3 %
t
de la viscosité du solvant (voir Deuxième partie). Si cette condition est acceptée (c’est-à-dire, sans avoir besoin
d’admettre d’autres hypothèses), le ((rapport des viscosités)) 2 est donné par le ((rapport des temps d’écoule-
770
t
mento -.
t0
3. APPAREILLAGE
Viscosimètre capillaire à niveau suspendu du type Ubbelohde (voir Figure, page 10).
du viscosimètre parmi celles indiquées dans le Tableau 1.
I1 est fortement recommandé de choisir les dimensions
Le choix est déterminé par le rapport viscosité/masse volumique du solvant à la température à laquelle a lieu le
mesurage, comme indiqué dans le Tableau 1.
TABLEAU 1 - Viscosimètres Ubbelohde recommandés pour la détermination de la viscosité
de solutions diluées de polymères
Diamètre du
viscosimètre
0,30 à 0,55 A 0,36 f 0,02 1,5 à 2,O
0,56 a 0,85 B 0,46 f0,02 2,O à 3,O
0,86 à 1,50 C 0,5k 0.02 3,O à 4,O
1,51 à 3,O D 0,78 f 0,02 5,0 à 6,O
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-6- ISO/R 1628-1970 (I
Pour tous les modèles, la longueur L du capillaire est de 90 f 5 mm et la hauteur moyenne de chute h est de
130 f 5 mm, (voir Figure, page 10).
Le viscosimètre de dimensions immédiatement inférieures peut égaiement être utilisé. Le diamètre moyen du
capillaire est déterminé par une méthode appropriée.
4. SOLUTIONS
4.1 Préparation des solutions
La dissolution de l’échantillon de polymère dans le solvant doit donner des solutions «vraies>) sans présence
de microgels ou de macromolécules associées. De plus, la dégradation du polymère doit être réduite au
minimum. Pour ces raisons, le mode opératoire de dissolution doit être précisé très exactement, et il est
recommandé de mentionner les points suivants :
le solvant utilisé et son prétraitement, s’il y a lieu;
a)
l’appareillage et le mode d‘agitation utilisés;
b)
l’intervalle de température dans lequel le système est maintenu pendant la préparation de la
c)
soh tion ;
le temps nécessaire pour dissoudre complètement le polymère; sans dégradation ou à dégradation
d)
constante ;
le stabilisant et/ou l’atmosphère protectrice utilisée;
e)
les conditions de filtration de la solution, si elle est effectuée.
fi
4.2 Conœntration
La concentration de la solution est telle que le rapport du temps d’écoulement t de la solution au temps
d‘écoulement to du solvant soit au moins de 1,2 et inférieur à 2.
Plusieurs concentrations peuvent donc être employées pour un système résine-solvant donné, selon la
masse moléculaire de la résine.
Dans ce cas, il convient de préciser clairement les limites du temps d’écoulement qui déterminent le choix
de la concentration.
La concentration est exprimée, de préférence, en grammes de résine par millilitre de solution (dml).
S. TEMPÉRATURE DE MESURAGE
La température doit être choisie en respectant une solubilité suffisante et toutes autres exigences techniques, mais
.
doit être la même pour un système résine-solvant donné et la tolérance de température doit être spécifiée. Toutes
les fois qu’il est possible, il convient de choisir la température de 25 f 0,05 OC.
6. EXPRESSION DES RÉSULTATS
Les résultats sont exprimés, de préférence, en indice de viscosité (I.V. en ml/g).
Toutefois, les résultats peuvent être exprimés en indice limite de viscosité (I.L.V. en ml/g) pour les polymères dont
les différents types commerciaux exigent l’utilisation de concentrations différentes. (Voir paragraphe 4.2.)
L’indice limite de viscosité peut être calculé à partir de l’indice de viscosité, au moyen d’une formule approchée
convenable, par exemple à l’aide de la formule
(I.V.)
I.L.V. =
1 + k (I.V.) c
ou k est une constante expérimentale comprise entre 0,2 et 0,3.
Cette constante doit être déterminée expérimentalement pour chaque système résine-solvant, c’est-à-dire pour
chaque Recommandation IS0 parti
...
Questions, Comments and Discussion
Ask us and Technical Secretary will try to provide an answer. You can facilitate discussion about the standard in here.