Висолювання полімерів з розчинів
Розчини полімерів є істинними розчинами. Процес їх розчинення енергетично вигідний і супроводжується зменшенням вільної енергії Гіббса.
Полімер можна висолити з розчину. Висолювання — це виділення полімеру з розчину під дією великої кількості нейтральних солей. Енергія взаємодії іонів солі з молекулами води більша, ніж енергія взаємодії іонів з макромолекулами полімеру. Внаслідок цього полімер вилучається у вигляді окремої фази. За здатністю до висолювання іони розміщують у ліотропні ряди:
Набухання полімерів
Набухання - це самочинний процес поглинання низькомолекулярної рідини високомолекулярною речовиною, що супроводжується збільшенням її маси і об'єму.
Для оцінки якості деяких продуктів у товарознавстві широко використовують їх здатність до набухання. Печиво доброї якості повинно швидко і значно набухати у воді. Споживчі якості круп визначаються за їх здатністю поглинати воду при варінні. За ступенем набухання хліба визначається його свіжість. Відомо, що сушені плоди та овочі з низьким ступенем набухання погано розварюються і мають понижені споживчі властивості.
Набухання — вибіркове явище, тобто полімери здатні набухати в тих рідинах, які для них служать розчинниками. Желатин набухає у воді, каучук, гума - у вуглеводневих рідинах. Розрізняють два види набухання - необмежене і обмежене.
Необмежене набухання - це набухання, що переходить у повне розчинення (наприклад, каучук в бензолі, бензині). При обмеженому набуханні не проходить повного розчинення, набухання йде до певного визначеного (максимального) значення і подальший контакт з розчинником не змінює ні маси, ні об'єму полімеру (наприклад, набухання желатину у воді при кімнатній температурі, гуми в бензині).
Набухання характеризується ступенем набухання що означає масу рідини в грамах, яка поглинулась протягом певного часу і при певній температурі одним грамом полімеру:
де
-
маса полімеру для набухання, г;
-
маса полімеру після набухання до певного
часу t,
г.
Крива обмеженого набухання наведена на рис.24.
На ступінь набухання в одному і тому ж розчиннику впливає температура, тиск, рН середовища, наявність електролітів.
Швидкість набухання описується кінетичним рівнянням швидкості реакції першого порядку:
,
де
-
швидкість набухання;
- константа швидкості що залежить від природи полімеру, природи розчинника і температури;
-
граничний ступінь набухання;
-
ступінь набухання за певний час.
Рис.24. Крива обмеженого набухання.
Виходячи з рівняння швидкості реакції першого порядку, можна визначити константу швидкості набухання полімеру за рівнянням:
За процесом набухання можна спостерігати, періодично зважуючи полімерну речовину (ваговий метод), або вимірюючи об'єм рідини, що залишилась після набухання (об'ємний метод).
Фізичні стани полімерів
Залежно від температури полімери перебувають у трьох фізичних станах: склоподібному, високоеластичному та в'язкотекучому. Від фізичного стану полімерів залежать їх механічні властивості. Дослідження переходу полімеру з одного стану в інший, залежно від температури, проводять термомеханічним методом. Цей метод полягає в тому, що до зразка полімеру, закріпленого на кронштейні, прикладають постійне фізичне навантаження і плавно підвищують температуру. Схема установки для дослідження термомеханічних властивостей наведена на рис.25.
Рис.25. Установка для дослідження термомеханічних властивостей полімерів: 1 - кронштейн; 2 - зразок полімеру; 3 - постійне навантаження.
З підвищенням температури визначають деформацію зразка. Будують графічну залежність деформації від температури, яка називається термомеханічною кривою. Типовий вигляд цієї кривої зображений на рис.26.
На
термомеханічній кривій спостерігається
два перегини. Перпендикуляри, опущені
з середини перегинів на вісь абсцис,
Рис.26. Термомеханічна крива: Тс—температура скловання;
Т –температура текучості; ділянка І - склоподібний стан;