Набухання – самодовільний процес поглинання ВМС великих об’ємів низькомолекулярної рідини, що супроводжується значним збільшенням об’єму ВМС

Процес набухання часто відбувається в живій природі, медицині, а також у деяких виробництвах, наприклад, при добуванні клеїв, хлібопеченні і в кулінарії [5, 11].

На відміну від процесу розчинення низькомолекулярних речовин, де відбувається розчинення речовини в розчинник, у процесі розчинення ВМС відбувається, головним чином дифузія молекул розчинника у ВМС. Це зумовлено двома факторами:

¨ Більшою рухомістю маленьких молекул розчинника у порівнянні з макромолекулами ВМС;

¨ Нещільною упаковкою макромолекул ВМС.

Внаслідок теплового руху цих макромолекул, виникають своєрідні міжмолекулярні об’єми, в які проникають молекули розчинника [15, 18].

Процес розчинення можна умовно поділити на чотири стадії.

На першій стадії до початку розчинення система складається з чистих компонентів: розчинник і полімер.

Друга стадія процесу – набухання. Набухання полягає в наступному: молекули низькомолекулярної рідини-розчинника, рухливість яких у багато разів більша рухливості макромолекул, проникають у занурену в неї ВМС, заповнюючи вільні простори між макромолекулами. Далі розчинник починає надходити усередину речовини, що набухає, в наростаючій кількості завдяки гідратації полярних груп означених сполук. Основне значення гідратації полягає в ослабленні міжмолекулярних зв'язків, розпушенні цих сполук. Просвіти, що утворюються, заповнюються новими молекулами розчинника. Розсовуванню ланок і ланцюгів макромолекул сприяють і осмотичні явища, які протікають одночасно з гідратацією полярних груп високомолекулярних сполук.

Третя стадія розчинення полягає в тому, що по мірі набухання, об’єм полімеру і відстань між макромолекулами збільшується настільки, що макромолекули починають відриватись одна від одної і переходити в шар низькомолекулярної речовини. Після того, як будуть зруйновані зв'язки між макромолекулами, тобто коли нитки їх будуть достатньо відсунуті одна від одної, макромолекули, набувши здатності до теплового руху, починають повільно дифундувати у фазу розчинника. Набухання переходить у розчинення, утворюючи однорідний істинний (молекулярний) розчин.

На червертій стадії розчинення молекули полімеру рівномірно розподіляються по всьому об’єму системи, утворюючи істинний гомогенний розчин.

Таким чином, розчинення ВМС із лінійними макромолекулами протікає у два основних етапи: перший - (сольватація-гідратація) супроводжується виділенням тепла, тобто зменшенням вільної енергії й об'ємним стиском. Основне призначення цієї стадії при розчиненні зводиться до руйнування зв'язків між окремими макромолекулами. На другому етапі набухання рідина поглинається без виділення тепла. Розчинник просто дифузно всмоктується в петлі сітки, утвореної поплутаними нитками макромолекул. У цій стадії відбувається поглинання великої кількості розчинника і збільшення об'єму набухаючої ВМС у 10-15 разів, а також змішування макромолекул з маленькими молекулами розчинника, що можна розглядати як чисто осмотичний процес [5, 18].

Варто мати на увазі, що набухання такої сполуки не завжди закінчується її розчиненням. Дуже часто після досягнення відомого ступеня набухання процес припиняється.

В залежності від будови макромолекул та характеру їх взаємодії між собою і молекулами розчинника, розрізняють обмежене і необмежене набухання [21, 25].