Реологічні властивості розчинів ВМС

Наука, що вивчає закономірності деформації і плину тіл під дією механічного навантаження називається реологією. Закон в'язкого плину рідин відкрив Ньютон: "Сила внутрішнього тертя, що виявляється під час взаємного переміщення шарів рідини, прямо пропорційна градієнту відносної швидкості цього переміщення і площині поверхні шарів". Математично закон записується так:

,(24.1)

де F – сила тертя, що діє на поверхню шару рідини у напрямку протилежному його руху; w – відносна швидкість шарів рідини площиною S, що знаходяться на відстані х; h – коефіцієнт пропорційності, який називають в'язкістю.

В'язкість можна визначити, як опір рідини взаємному переміщенню її шарів. Вимірюють в'язкість у пуазах, 1 Пз = Н/м×с.

Розділ реології, що вивчає в'язкість рідин називається віскозиметрією. Прилади для вимірювання в'язкості називаються віскозиметрами. Найпоширеніші з них – капілярні, в яких в’язкість визначають за об’ємом рідини, що витікає за певний проміжок часу через капілярну трубку. Для характеристики реологічних властивостей розчинів ВМС застосовують такі величини:

· відносна в’язкість – відношення в'язкості розчину до в'язкості розчинника;

· питома в’язкість – відношення збільшення в'язкості розчину порівняно з розчинником до в'язкості самого розчинника;

· приведена в’язкість – питома в'язкість приведена до одиниці концентрації розчину ВМС;

· характеристична в’язкість, яка являє собою приведену в’язкість за нескінченного розбавлення розчину ВМС.

Дослідження в’язкості розбавлених розчинів полімерів дає непряму інформацію про їх молярну масу. Залежність характеристичної в’язкості розчинів ВМС від їх молярної маси характеризується рівнянням Марка-Хаувінка:

, (24.2)

де k – константа, характерна для кожного гомологічного ряду; a - коефіцієнт, що враховує ступень гнучкості ланцюгів ВМС.

Драглі

Витягнені і гнучкі макромолекули ВМС здатні злипатися між собою внаслідок міжмолекулярної взаємодії. У результаті утворюються довгі ланцюги, що пронизують весь об’єм рідини. Така система подібна до тривимірній просторовій сітки, що містить у собі нерухому рідину (див. рис. 24.1). Утворення зв'язків між макромолекулами впливає на реологічні властивості розчинів ВМС: закон Ньютона для них не виконується, тобто їх в’язкість не є величиною сталою і залежить від швидкості плину рідини. Так за низьких швидкостей руху рідини, зчеплення між макромолекулами встигає відновитися і в’язкість системи виявляється дуже значною. Висока швидкість руху рідини заважає відновленню зв’язків між її макромолекулами, зменшуючи об’єм нерухомої рідини і відповідно в’язкість системи. На реологічних кривих для таких систем спостерігають дві ділянки з сталою величиною в’язкості. Одна з них відповідає незруйнованій структурі макромолекул ВМС, друга – повністю зруйнованій.

Рисунок 24.1– Утворення просторових структур: 1 – макромолекули; 2 – рідина, що укладена в елементах структури; 3 – захисні шари; 4 – ділянки позбавлені захисних шарів

За наявності великого числа зв’язків між макромолекулами ВМС плин їх розчинів стає зовсім неможливим: під дією зовнішніх сил у них спостерігається лише пружна деформація, тобто структуровані системи ведуть себе подібно твердим тілам. Загальноприйнята назва таких систем – драглі. Драглі – це структуровані розчини ВМС з властивостями еластичних твердих тіл. Драглі одержують шляхом застиганням розчинів полімерів, яке полягає в об’єднанні макромолекул у формі сітки, або обмеженим набряканням сухих ВМС у відповідних розчинниках.

На процес утворення драглів істотно впливає природа ВМС, концентрація, температура, наявність у розчинах домішок інших речовин. У концентрованих розчинах здатність ВМС драгліти посилюється внаслідок зменшення відстані між макромолекулами. Здатність драгліти збільшується і при зниженні температури, оскільки при цьому зменшується рухливість часточок, полегшуючи їх зчеплення.

Драглі можуть виявляти властивості характерні, як для твердих тіл, так і для рідин. Так, вони подібно твердим тілам здатні зберігати свою форму, виявляють пружні та еластичні властивості. Більшість драглів здатні розріджуватися і переходити у розчин при механічній дії на них. Цей процес зворотний, оскільки у стані спокою через певний проміжок часу розчин знову драгліє. Властивість драглів багаторазово ізотермічно розріджуватися при механічній дії і драгліти у стані спокою називають тиксотропією.

Драглі містять значну кількість рідини, тому в них можуть відбуватися процеси дифузії. Механізм і швидкість дифузії низькомолекулярних речовин у драглях не відрізняється від їх дифузії у відповідних розчинниках.

Під час тривалого зберігання драглі зазнають суттєвих змін, оскільки процес структурування в драглях не припиняється після їх утворення. На поверхні драглів з’являються краплини рідини, які зливаючись утворюють рідке середовище, що являє собою розбавлений розчин ВМС. Самочинний процес поділу драглів на дві фази, що супроводжується зменшенням об’єму драглів, називають синерезисом. Драглі, стискуючись у процесі синерезису, зберігають форму тієї посудини, в яку були налиті рідини до застигання

Поиск по сайту: