Глава III. Растворы полимеров

1. Общая характеристика

Растворы полимеров – жидкие многокомпонентные однородные физико-химические системы, содержащие полимер. Практическое значение растворов полимеров огромно. Во-первых, они являются неотъемлемой частью технологии синтеза и переработки полимерных материалов (лаки, клеи, пластифицированные системы; многие волокна и пленки получают из растворов). Во-вторых, растворение полимеров – единственный способ выделения отдельных макромолекул. Благодаря этому возможно изучение молекулярных параметров полимера (средних молекулярных масс, ММР, среднеквадратичного расстояния между концами цепи, радиуса инерции и т.п.).

Как и низкомолекулярные соединения, ВМС могут образовывать истинные или коллоидные растворы (латексы) в зависимости от природы дисперсионной среды (лиофильность, лиофобность). В лиофильной среде дисперсная фаза (полимер) диспергируется до молекулярного уровня, растворяется и образует истинные растворы. В лиофобной среде образуются только коллоидные растворы. Любой полимер в зависимости от его сродства к той или иной жидкости можно получить в виде истинного раствора или коллоидной системы (табл. 5). К коллоидным полимерным растворам относятся полимерные гели.

Таблица 5. Сравнительная характеристика истинных и коллоидных

растворов

Истинные растворы	Коллоидные растворы
Наличие сродства между компонентами	Отсутствие сродства между компонентами
Самопроизвольное образование	Несамопроизвольное образование
Молекулярная (ионная) дисперсность	Коллоидная дисперсность
Термодинамическая устойчивость	Термодинамическая неустойчивость
Агрегативная устойчивость	Агрегативная неустойчивость
Однофазность	Двухфазность
Отсутствие поверхности раздела	Наличие поверхностей раздела
Обратимость	Необратимость

Отличия растворов ВМС от растворов низкомолекулярных соединений:

• малая скорость установления равновесного состояния при изменении условий растворения;

• высокая вязкость даже сильно разбавленных растворов (растворы с концентрацией менее 10% имеют вязкость в 10 – 100 раз больше, чем исходный растворитель. Например, вязкость 1% раствора каучука в бензоле в 18 раз больше вязкости бензола);

• процессу растворения всегда предшествует стадия набухания.

Существует три основных концентрационных режима растворов полимеров – разбавленный раствор, полуразбавленный раствор и концентрированный раствор полимера.

В разбавленном растворе полимерные клубки не перекрываются и не касаются друг друга (рис. 35а). В этом режиме можно рассматривать полимерную молекулу как отдельный элемент.

При достижении концентрации, называемой концентрацией перекрывания, полимерные клубки начинают касаться друг друга, но при этом не перекрываются и не перепутываются (рис. 35б).

Выше этой концентрации происходит переход от разбавленного к полуразбавленному раствору, в котором полимерные клубки перекрываются и сильно зацеплены (рис. 35в).

В концентрированном растворе полимерные клубки сильно перекрываются и проникают друг в друга.

a б в

Рис. 8. Схематическое изображение концентрационных режимов:

a – разбавленный раствор полимера; б – полимерный раствор при концентрации перекрывания; в – полуразбавленный раствор