МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І науки УКРАЇНИ

НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ "ЛЬВІВСЬКА ПОЛІТЕХНІКА"

Кінетика набрякання і параметри просторової сітки структурованих полімерів

МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ

до лабораторних робіт

з дисципліни «Фізико-хімія полімерів» для студентів спеціальності 7.091612 „Технологія переробки полімерів” та дисципліни «Структура і властивості високомолекулярних сполук» для студентів спеціальності 7.091605 „Хімічна технологія високомолекулярних сполук”

Затверджено на засіданні кафедри “Хімічної технології та переробки пластмас”

Протокол №    від . .2008 р.

ЛЬВІВ - 2008

Кінетика набрякання і параметри просторової сітки структурованих полімерів: Методичні вказівки до лабораторних робіт з дисципліни «Фізико-хімія полімерів» для студентів спеціальності 7.091612 “Технологія переробки полімерів” та дисципліни «Структура і властивості високомолекулярних сполук» для студентів спеціальності 7.091605 “Хімічна технологія високомолекулярних сполук” /Укл.: Гуменецький Т.В., Братичак Мих.Мих., Левицький В.Є. – Львів: Видавництво Національного університету “Львівська політехніка”, 2008. -20 с.

Укладачі: Гуменецький Т.В., канд. техн. наук, доц.

Братичак Мих.Мих., канд. техн. наук, доц.

Левицький В.Є., канд. хім. наук, доц.

Відповідальний за випуск: Суберляк О.В., д-р хім. наук, проф.

Рецензенти: Скорохода В.Й., д-р. хім. наук, доц.

Гриценко О.М., канд. техн. наук, доц.

Зміст

1. Теоретична частина 5

1.1. Набрякання полімерів 5

1.2. Необмежене набрякання 6

1.3. Обмежене набрякання 7

1.4. Зміна фізико-механічних властивостей полімерів при набряканні 9

2. Експериментальна частина 11

2.1. Вивчення кінетики набрякання структурованих полімерів 11

2.2. Вивчення параметрів просторової сітки структурованого полімеру за ступенем рівноважного набрякання 13

КОНТРОЛЬНІ ПИТАННЯ....................................................................................................14

ЛІТЕРАТУРА............................................................................................................................14

1.Теоретична частина

1.1.Набрякання полімерів

Щоб розчинитись в рідині, полімер повинен мати з нею взаємну спорідненість. Однак процес розчинення полімеру, на відміну від низькомолекулярних речовин, має особливість, а саме: перш ніж розчинитись, полімер набрякає, тобто поглинає низькомолекулярну рідину, збільшуючись в об’ємі.

Набрякання – це процес поглинання або сорбції низькомолекулярних рідин або їх пари полімером. Під час набрякання молекули розчинника (низькомолекулярної речовини) проникають або між елементи надмолекулярної структури, або всередину структур.

Проникнення молекул розчинника між елементи надмолекулярної структури називається міжструктурним набряканням. Проникнення молекул розчинника всередину надмолекулярних структур, що супроводжується розсуванням макромолекул, називається внутрішньоструктурним набряканням.

Отже, набрякання полімеру супроводжується збільшенням його маси, об’єму і зміною структури.

Між молекулами полімеру і розчинника, який дифундує в нього, відбувається взаємодія, яка називається сольватацією.

Проникнення розчинника в полімер найлегше відбувається в областях з пухким упакуванням макромолекул за механізмом капілярного всмоктування, коли молекули розчинника заповнюють пустоти між окремими ланцюгами. Одночасно з відносно швидким заповненням пор, пустот, каналів відбувається більш повільна дифузія розчинника в надмолекулярні утворення.

Швидкість проникнення розчинника вглиб полімеру залежить від:

• термодинамічної спорідненості розчинника і полімеру;

• рівня міжмолекулярної взаємодії в полімері;

• температури та інших умов.

На початковій стадії набрякання розподіл розчинника в об’ємі полімеру є неоднорідний. Поверхневі шари, які безпосередньо контактують з розчинником, насичені ним, а у внутрішніх шарах розчинника ще немає. Тому на початковій стадії набрякання зразок полімеру дуже деформується. У ньому виникають напруження, що призводять до розриву найбільш розтягнутих ділянок макромолекул. І тільки коли молекули розчинника досягнуть внутрішніх областей зразка, його концентрація в полімері вирівнюється.

Отже, процес набрякання можна уявити, як процес одностороннього змішування.

Здатність полімерів до набухання оцінюється ступенем набрякання – це кількість поглиненої полімером рідини (або її пари), віднесеної до одиниці маси або об’єму полімеру. Його розраховують за формулами:

; ,

(1)

де – маса зразка полімеру до набрякання;

– маса зразка полімеру після набрякання;

– об’єм зразка полімеру до набрякання;

– об’єм полімеру після набрякання.

Розрізняють ще одну характеристику – швидкість набрякання – збільшення ступеня набрякання ( ) або збільшення маси ( ) зразка полімеру за певний проміжок часу:

; ,

(2)

де Q₁ і Q₂ – ступінь набрякання в момент часу ₁ і ₂;

m₁ і m₂ – маса зразка в момент часу ₁ і ₂;

Розрізняють набрякання обмежене і необмежене. В загальному вигляді криві необмеженого і обмеженого набрякання показані на рис. 1.

Рис. 1. Криві необмеженого (1) і обмеженого (2) набрякання полімерів