6. Исследование процесса набухания твёрдых полимеров .

Суть работы заключается в определении зависимости степени набухания желатины от времени набухания . Образцы сухой желатины набухают в воде и растворе одного из электролитов ( HCl , CH₃COOH , KCL , KNO₃ и т.п.) . Работа выполняется с помощью специальных торзионных весов с масштабом шкалы от 1 до 1000 мг . Получают в лаборантской два стаканчика , две проволочки и два кусочка сухой желатины . Сначала взвешивают две проволочки , на которые затем подвешивают два кусочка сухой желатины , после чего снова взвешивают проволочки с желатиной и таким образом определяют массу каждого из двух кусочков желатины Р₀ ( для опыта с водой и для опыта с электролитом ).

В один стаканчик объемом 50 – 100 мл наливают воду, в другой раствор электролита , после чего опускают кусочки желатины вместе с проволочками в эти стаканчики . Желательно сделать это с интервалом примерно в 5 минут , чтобы в дальнейшем измерения массы набухшей желатины из двух стаканчиков не накладывались друг на друга . Далее через 15 минут вынимают проволочку с кусочком желатины из первого стаканчика , фильтровальной бумагой осторожно подсушивают капельки раствора на поверхности желатины , не пытаясь отжимать его , после чего взвешивают проволочку вместе с уже набухшей желатиной . Через 5 минут проделывают то же самое с образцом из другого стаканчика . Полученные данные записывают в таблицы 1 и 2 . Всего проделывают для каждого стаканчика по восемь измерений с интервалом между каждыми двумя измерениями в 15 минут . Работа рассчитана на два часа . По окончании работы выливают растворы из стаканчиков , проволочки возвращают в лаборантскую , желатину выбрасывают .

Образец оформления протокола по работе:

“ Исследование процесса набухания твёрдых полимеров ”

Выполнил студент …( Ф.И.О )… группы ……. курса…….….факультета

По результатам измерения процесса набухания в воде и в данном электролите составляют две таблицы :

Таблица 1. Набухание желатины в KBr.

Время t, мин	Вес проволоки Рпр, мг	Вес проволоки и сухой желатины Р1 , мг	Вес сухой желатины Р0, мг	Вес проволоки с набухшей желатиной Р2 , мг	Вес набухшей желатины Рн=P2 –Pпр, мг	Степень набухания W=(Рн-P0)/P0
15	18	112.5	94.5	240	222	1.35
30			94.5	261	243	1.57
45			94.5	288	270	1.86
60			94.5	318.5	300.5	2.18
75			94.5	352	334	2.53
90			94.5	378	360	2.80
105			94.5	400	382	3.04
120			94.5	425	407	3.31

Таблица 2. Набухание желатины в воде

Время t, мин	Вес проволоки Рпр, мг	Вес проволоки и сухой желатины Р1 , мг	Вес сухой желатины Р0, мг	Вес проволоки с набухшей желатиной Р2 , мг	Вес набухшей желатины Рн=P2-Pпр мг	Степень набухания W=(Рн-P0)/P0
15	18.5	77	58.5	125	106.5	0.82
30			58.5	151	132.5	1.26
45			58.5	159	140.5	1.40
60			58.5	171	152.5	1.61
75			58.5	188.5	170	1.91
90			58.5	194	175.5	2.00
105			58.5	203	184.5	2.15
120			58.5	214	195.5	2.34

По полученным данным строят два графика в координатах : степень набухания W от времени набухания t [ мин.] (мы в качестве примера приводим только один график зависимости W от t для набухания желатины в воде ( рис.XI.5 ) .

После того как данные из таблицы 2 нанесены на график ( рис.XI.5, ) , проводят усредненную плавную кривую из начала координат .

Процесс набухания протекает как реакция первого порядка :

dW/dt = A(W_∞ - W) , где:

А – постоянная, зависящая от природы полимера; W – степень набухания ;

W_∞ - предельная степень набухания ; dW/dt – скорость набухания .

Рис.XIV.5

Можно представить это уравнение в виде W = W_∞ − (1/А) * dW/dt ( это уравнение прямой, не проходящей через начало координат ), с помощью которого можно найти графически предельную степень набухания W_∞ и константу А. Для этого необходимо построить график зависимости степени набухания W от скорости набухания dW/dt. Для построения такого графика на кривой (рис. XIV.5) выбирают точки, соответствующие времени набухания 15, 30, 45, 60, 75, 90, 105 мин., и в каждой из этих точек проводят касательную к кривой W = f(t) . Используя эту касательную, как гипотенузу, строят треугольники, в каждом из которых катет, соответствующий оси времени, составляет 10 мин. и вычисляют ряд значений ΔW и dW/dt , как это показано на рис.XIV.5 .

Затем заполняют таблицу 3 и по её данным строят график зависимости степени набухания W от скорости набухания dW/dt (рис.XIV.6) .

Таблица 3.

t , мин.	15	30	45	60	75	90	105
W	0,70	1,16	1,47	1,71	1,91	2,07	2,21
∆W	0,88 - 0,50	1,26 - 1,04	1,54 - 1,35	1,77 - 1,64	1,96 - 1,85	2,13 - 2,03	2,24 - 2,17
dW/dt	0,038	0,022	0,019	0,013	0,011	0,010	0,007

По этим точкам ( на рис.XIV.6 – звёздочки ) проводят усредненную прямую, причем экстраполяция этой прямой на ось ординат (dW/dt = 0 ), даст значение W_∞ ; а на ось абсцисс (W = 0), даст величину A*W_∞ . После этого вычисляют значение А..

Рис.XIV.6

В нашем случае : W_∞ = 2,48 ; А = 0, 0185 .