Физико-химические свойства растворов ВМС

Введенные в полимер  пластификаторы оказывают влияние  на все его физико-механические свойства (прочность, эластичность, хрупкость, диэлектрические потери, температуру стеклования и текучести и т.д.).

7.1. Влияние пластификаторов на температуру стеклования и текучесть полимеров

Температура стеклования (Т_с) является мерой оценки морозостойкости полимерных каучукоподобных материалов. Для создания более морозостойких полимерных материалов ее следует понизить.

Температура текучести (Т_т) определяет технологические свойства полимеров. Переработка полимеров в вязкотекучем состоянии - это один из наиболее распространенных способов. У ряда полимеров температура текучести очень близка к температуре разложения и даже превышает ее. Поэтому понижение температуры текучести с помощью пластификатора технологически очень выгодно.

Ниже приведены данные о влиянии пластификаторов на температуры стеклования полимеров, полученные дилатометрическим методом (рис. 2), на основании измерений деформации (рис. 3) и модуля упругости (рис. 4).

 

Рис. 2. Влияние пластификатора на температуру стеклования натурального каучука:

1 – непластифицированный  образец;

2 – пластифицированный  образец.  

 

Рис. 3. Влияние пластификатора на температуру стеклования полиметилметакрилата (цифры на кривых – частота деформации в гц):

1 – непластифицированный образец;

2 – 10% пластификатора;

3 – 30% пластификатора

 

Рис. 4. Влияние содержания пластификатора на температуру стеклования полимера (с₄ > c₃ > c₂ > с₁).

Из всех приведенных  данных следует, что по мере увеличения содержания пластификатора температура стеклования закономерно понижается. Это означает, что в присутствии пластификаторов материал сохраняет высокоэластические свойства при более низких температурах, чем непластифицированный полимер. При этом наблюдается частотная зависимость деформации и величины самой температуры стеклования. Чем выше частота, т.е. чем меньше время воздействия, тем выше температура стеклования пластифицированной системы.

 

7.2. Влияние строения молекул пластификатора, их размера и формы на пластифицирующее действие

Молекулы пластификатора должны иметь оптимальные размеры, обеспечивающие, с одной стороны, их проникновение между молекулами полимера и максимальное понижение Т_с, и, с другой, – достаточно высокую температуру кипения. По возможности они должны иметь удлиненную форму и обладать внутренней подвижностью, т.е. способностью к конформационным превращениям, и совмещаться с полимером, но не обязательно полностью растворять его. Предел совместимости должен быть таким, чтобы сохранялась термодинамическая устойчивость пластифицированной системы в широком диапазоне температур, охватывающем температуры переработки, хранения и эксплуатации. Пластификатор должен быть веществом, склонным к переохлаждению, так как выкристаллизовывание пластификатора на поверхности изделий всегда резко ухудшает их качество.

Для облегчения введения в полимер, а главным образом для понижения вязкости пластифицированной системы, что имеет громадное значение, пластификатор должен иметь по возможности небольшую вязкость. Для значительного понижения температуры стеклования следует применять пластификаторы, которые хорошо совмещаются с полимером. Если требуется понизить температуру стеклования не очень сильно, введение больших количеств пластификатора плохо отражается на других свойствах полимерного материала, следует применять пластификаторы, плохо совмещающиеся с данным полимером, и вводить их в очень малых количествах.

Другие требования к  пластификаторам (невымываемость водой, маслами или иными средами) определяются условиями эксплуатации готовых изделий.

8. Проницаемость полимеров

Полимеры часто используются в технике в качестве сорбентов для поглощения газов, паров жидкостей, самих жидкостей. Полимерные материалы применяются также в виде защитных покрытий, не пропускающих газы и пары. При этом большое значение имеет проницаемость полимеров, т.е. их способность пропускать газы и пары.

1. Газопроницаемость полимеров

Согласно современным  представлениям, газопроницаемость  полимера включает сорбцию диффундирующего вещества полимером (растворение его в полимере), диффузию растворенного вещества сквозь пленку полимера и десорбцию его с другой стороны пленки.

Если полимер обладает высокой сорбционной способностью по отношению к диффундирующему веществу, то последнее может накапливаться в пленке, при низкой сорбционной способности полимера диффундирующее вещество активно выделяется из пленки. Такая проницаемость носит селективный (избирательный) характер. Особенно это характерно при взаимодействии полимеров c парами органических жидкостей, в которых пленки, как правило, набухают.

2. Проницаемость и природа полимера.

Газопроницаемость зависит  как от природы газа, так и от природы полимера. Обычно принято сравнивать полимеры по их водородопроницаемости. Экспериментальные данные показывают, что по водородопроницаемости большинство полимеров занимает промежуточное положение между неорганическими твердыми телами и обычными жидкостями, однако некоторые полимерные материалы (бумага, ткани) обладают большей водородопроницаемостью по сравнению с жидкостями.

Большое влияние на газопроницаемость полимера оказывает его строение. B табл. 1 приведены значения коэффициентов проницаемости, диффузий сорбции водорода для различных полимеров.

Таблица 1

Из приведенных данных следует, что коэффициенты диффузии газов в полимерах имеют значения порядка 10^-5-10^-6 см²/сек, а значение коэффициентов проницаемости изменяется в широких пределах в зависимости от природы полимера. Из табл. 2 видно, что наибольшей проницаемостью обладают аморфные полимеры с очень гибкими цепями, находящиеся в высокоэластическом состоянии. Кристаллические полимеры (гуттаперча, полиэтилен) обладают значительно меньшей газопроницаемостью. Очень малой газопроницаемостью обладают высокомолекулярные стеклообразные полимеры с жесткими цепями. По мере уменьшения гибкости цепи газопроницаемость закономерно уменьшается.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Заключение 
   

Живая природа представляет собой форму существования высокомолекулярных соединений. Она развивается в окружении и действии с неорганическим миром, построенным в основном из ВМС. Только вода и воздух распространены на земном шаре так же широко, как ВМС.

Человечество для удовлетворения своих нужд так же создает и  использует высокомолекулярные материалы. По своей значимости для человечества с высокомолекулярными материалами конкурируют лишь металлы, как конструкционные материалы, топливо как источник энергии и пищевые продукты. Такое широкое распространение и необычайно высокое значение ВМС вытекает из их общих свойств, обусловленных громадной величиной и сложностью макромолекул.

Высокомолекулярные соединения являются основной составной частью большого числа конструкционных материалов, применение которых связано с, выполнением тех или иных механических функций.

Механическая прочность, эластичность, электроизоляция и другие ценные технические свойства высокомолекулярных соединений обусловливают их широкое применение в различных отраслях народного хозяйства и в быту. ВМС – основа пластических масс, волокон химических, резины, лакокрасочных материалов, клеев, герметиков, ионообменных смол. Биополимеры составляют основу всех живых организмов и участвуют во всех процессах жизнедеятельности.

Таким образом, можно  сделать вывод том, что роль и значимость ВМС в нашей жизни, безусловно, велика.

 

 

 

 

 

Список литературы

 

1. А.А. Тагер. Физико-химия полимеров. М.: Химия, 1972.
2. А.А. Тагер. Растворы ВМС. Госхимиздат, 1951.
3. А.А. Стрепихеев, В.А. Деревицкая. Основы химии ВМС. Изд. «Химия», 1964.
4. В.В. Коршак. Химия ВМС. Изд. АН СССР, 1950.
5. А.М. Шур. Высокомолекулярные соединения. М: Высшая Школа, 1966.
6. Г.Г. Элиас. Мегамолекулы. Изд. «Химия» Ленинград, 1990.
7. С.С. Воюцкий. Растворы ВМС. 2-е изд. М.: Госхимиздат, 1960.
8. В.Н. Кулезнев, В.А. Шершнев. Химия и физика полимеров. М.: Высшая школа, 1992.
9. В.В. Киреев. Высокомолекулярные соединения. М.: Высшая школа, 1992.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Оглавление

1. Введение…………………………………………………………………2
2. Теоретическая часть…………………………………………………….4

1. Общие понятия и номенклатура полимеров…………………………..4

2. Особенности строения полимеров…………………………………….5
3. Синтез полимеров………………………………………………………6

3.1.    Полимеризация………………………………………………………….6

3.1.1. Цепная полимеризация…………………………………………………6

3.1.2. Ступенчатая полимеризация…………………………………………...7

3.2.    Поликонденсация……………………………………………………….7

4. Химические превращения полимеров…………………………………9

4.1.    Реакции деструкции…………………………………………………….9

4.2.    Реакции сшивания……………………………………………………..10

4.3.    Реакции функциональных групп……………………………………..10

4.4.    Реакции внутримолекулярных перегруппировок…………………...11

5. Гибкость цепи полимера. Факторы, определяющие гибкость

цепи полимера…………………………………………………………11

6. Истинные растворы полимеров………………………………………13

6.1.    Признаки истинного раствора………………………………………...13

6.2.    Растворение и набухание полимеров………………………………...14

6.3.    Степень набухания и кинетика набухания…………………………..15

6.4.   Взаимодействия в растворах полимеров……………………………..16

7. Пластификация………………………………………………………...16

7.1.   Влияние пластификаторов на температуру стеклования и

текучесть полимеров…………………………………………………..17

7.2.   Влияние строения молекул пластификатора, их размера и формы

на пластифицирующее действие……………………………………..18

8.       Проницаемость полимеров……………………………………………19

8.1.    Газопроницаемость полимеров……………………………………….19

8.2.    Проницаемость и природа полимера…………………………………20

3. Заключение…………………………………………………………….22

Список литературы…………………………………………………………..24