Процес розчинення ВМС

Процес розчинення високомолекулярних сполук проходить у дві стадії.

Перша стадія – це набухання ВМС, а друга – безпосередньо розчинення.

Набухання – це мимовільний процес поглинання молекул розчинника молекулами ВМС, що супроводжується значним збільшенням об’єму та маси полімеру. Воно характеризується ступенем набухання α:

де m₀, m – маси наважки ВМС до і після набухання;

m_p – маса поглиненої рідини.

Ступінь набухання – це кількість рідини, що поглинається одиницею маси ВМС.

Причиною набухання є різниця властивостей двох компонентів ВМС і НМС (низькомолекулярної сполуки). Специфіка набухання полягає в тому, що взаємодіють і змішуються молекули різного розміру, і вони, відповідно, мають різні швидкості дифузії. Тому перехід макромолекул в фазу розчинника відбувається дуже повільно, тоді як молекули НМС дуже рухливі, вони швидко дифундують в сітку полімеру, розсувають ланцюги і збільшують його об’єм.

Здатність до набухання – це специфічна властивість ВМС, яка залежить від їхнього складу та будови і визначається сольватацією макромолекул. Тому набухання завжди супроводжується виділенням теплоти() і збільшенням об’єму полімеру, а об’єм усієї системи (полімер + розчинник) зменшується. Зменшення об’єму системи (її стиснення) в цілому при набуханні називається контракцією.

Набухання протікає в чотири стадії. На першій стадії відбувається сольватація (гідратація) ВМС. При цьому виділяється теплота . На другій стадії молекули розчинника дифундують у макромолекули ВМС, полярні молекули розчинника утворюють сольватний (гідратний) шар, відбувається відштовхування однойменних зарядів сольватних оболонок і слабкі зв’язки між макромолекулами рвуться.

На третій стадії спостерігається взаємне проникнення молекул ВМС і НМС. Об’єм набухлого полімеру стає ще більший. На цій стадії теплота сольватації майже не виділяється (), але зростає ентропія, що пов’язано з частковим вивільненням макромолекул і збільшенням числа їх конформацій(різні просторові форми молекули, що виникають при зміні відносної орієнтації її частин у результаті внутрішнього обертання окремих ділянок молекули без розриву хімічних зв'язків) , . Таким чином, третя стадія набухання озумовлена ентропійним ефектом. На четвертій стадії утворюється гомогенна система – розчин. Якщо процес набухання протікає в чотири стадії, то має місце необмежене набухання (набухання, яке спонтанно переходить у розчинення, при якому утворюється однофазна гомогенна система). Якщо ж процес обмежується другою або третьою стадією набухання – це обмежене набухання (процес взаємодії полімеру з низькомолекулярною рідиною, обмежений стадією набухання), утворюються драглі.

На ступінь набухання та розчинення ВМС впливають різні фактори. В першу чергу, це природа полімеру і розчинника. Полярні полімери добре розчиняються у полярних розчинниках, а неполярні – в неполярних органічних рідинах[4].

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: