Высокомолекулярные соединения/Растворы полимеров

Ввиду сложности строения полимеров, находят сильное различия и их растворы: из-за значительных размеров полимеров у их растворов большая вязкость, сами частицы полимеров в растворе являются достаточно большими, вследствие чего, чаще всего рассматриваются коллоидной химией.

Истинный раствор или коллоидный

Из коллоидной химии вы знаете, что растворы можно классифицировать на два типа:

Истинный раствор - раствор, частицы которого, имеют размеры менее 1 мкм, и частицы в котором невозможно обнаружить оптическими методами.
Коллоидный раствор - раствор, частицы которого, имеют размеры от 1 мкм до 100 мкм, при прохождении света наблюдается эффект Тиндаля - образование пучка света, при прохождении света через коллоидный раствор.

Ранее считалось, что растворы полимеров являются коллоидными растворами, но, впоследствии, оказалось, что растворы полимеров являются истинными растворами. Главными отличиями растворов полимеров от коллоидных являются: термодинамическая устойчивость растворов, однофазность, аргегативная устойчивость, обратимость свойств растворов полимеров.

Вязкость

Отличительной особенностью полимеров является вязкость раствора, которая может составлять больше 10³-10⁵ Па * с. Причиной высокой вязкостью является строение полимеров: у длинных макромолекул вязкость значительно больше.

Растворение-набухание

Особенно также и растворение полимеров. Ввиду огромных размеров макромолекул, а в следствии, и малой подвижности макромолекул, вместо обычного растворения, свойственного для низкомолекулярных соединений, происходит так называемое набухание: молекулы низкомолекулярного соединения (растворителя), которые обладают значительно большей подвижностью нежели полимеры, проникают в фазу полимера и сорбируются на них, прежде чем растворить полимер. Вследствие этого, происходит увеличение объема полимера.

Набухание - явление сорбции растворителя полимером, сопровождающееся увеличением объема полимера. Существует два типа набухания:

Неограниченное набухание - вид набухания, самопроизвольно переходящее в процесс растворения полимера. Вследствие продолжения процесса набухания происходит увеличение расстояния между молекулами полимера, вследствие чего начинается процесс диффузии полимера в фазу растворителя.
Ограниченное набухание - вид набухания, в котором процесс смешение полимера и растворителя лимитируется стадией набухания (сорбции растворителя на полимере) и процесс растворения не происходит.

Только ограниченное набухание свойственно для сетчатых полимеров: сетчатые полимеры, ввиду своей "закрытости"(молекулы растворителя вовнутрь сетчатой структуры проникнуть не могут) даже при воздействии внешних условий не смогут растворится. Линейные же полимеры могут при воздействии внешних условий, например температуры или давления, неограниченно растворятся.

Количественная оценка набухания

Для количественной оценки набухания можно воспользоваться степенью набухания полимера:

$\alpha ={\frac {m-m_{0}}{m_{0}}}={\frac {V-V_{0}}{V_{0}}}$ , где $m$ и $m_{0}$ - масса набухшего и исходного полимера соответственно, а $V$ и $V_{0}$ - объем набухшего и исходного полимера.

Важно заметить, что процесс набухания в конечном итоге достигает равновесия и в этом состоянии зависимость степени набухания $\alpha$ от времени оказывается постоянной и называется равновесной степенью набухания. Для различных полимеров, степень набухания может быть различна.