Властивості полімерів:
Полімери – аморфні речовин, але можуть мати кристалічні ділянки.
Полімери – діелектрики.
Полімери мають малу теплопровідність, малу густину.
Полімери старіють під дією світла, кисню, при нагріванні, тобто відбуваються хімічні перетворення, що призводять до зміни властивостей полімеру.
Процес розчинення полімерів і утворення гомогенного розчину відбувається протягом тривалого часу, складається з 4-х стадій.
І стадія (до початку розчинення). Система складається з чистих компонентів: низькомолекулярної рідини та полімеру.
ІІ стадія (набухання). Самочинний процес проникнення молекул розчинника між молекулами ВМС, що збільшується значним об’єму та маси полімеру. Здійснюється за рахунок значної різниці між розмірами молекул ВМС і розчинника.
ІІІ стадія (розчинення). По мірі набухання об’єм полімеру та відстань між макромолекулами збільшується настільки, що макромолекули починають відриватися одна від одної і переходити у шар низькомолекулярної рідини.
ІV стадія (утворення розчину ВМС). Молекули полімеру рівномірно розподіляються по всьому об’єму системи, утворюючи істинний розчин.
Особливість розчинення ВМС ‑ розчин утворюється з частинок різних розмірів (10-5-10-7см) і розчинника (10-8см), тому утворення розчинів ВМС розглядають як процес змішування двох рідин.
Розчини ВМС:
утворюються довільно із зменшенням вільної енергії, тобто є термодинамічно стійкими (стійкість зберігається навіть при великих масових і молярних концентраціях;
оборотні (сухий залишок ВМС при додаванні до нього розчинника самочинно переходить у розчин);
можуть бути як молекулярними, так і іонними, і не мають чітко вираженої межі розподілу з розчинником;
Істинні розчини ВМС. Утворюються, якщо полярність ВМС і полярність розчинника співпадають: гідрофільні полімери – розчиняються в полярних розчинниках, а гідрофобні полімери – в неполярних розчинниках.
Приклади:
Желатина – це білок, до складу якого входять полярні групи, що споріднені з водою. Тому, желатина + вода = істинний розчин
Каучук – неполярний, гідрофобний полімер, добре розчиняється у вуглеводнях (істинний розчин).
Колоїдні розчини ВМС. Утворюються, якщо полярність розчинника не відповідає полярності полімеру.
Приклади:
желатина + спирт = колоїдний розчин
При додаванні спирту до істинного розчину желатини відбувається перетворення його на золь.
характерні властивості колоїдних розчинів: повільний перебіг усіх процесів, велика структурована в’язкість, неспроможність проходити крізь напівпроникні мембрани, розсіювання світла, броунівський рух макромолекул, поверхневі явища (адсорбція та адгезія).
Властивості розчинів вмс:
Набухання ‑ процес, який передує розчиненню високомолекулярних сполук. При набуханні відбувається збільшення об’єму зразка полімеру. Відбувається в дві стадії:
І стадія набухання: одностороння дифузія молекул розчинника в полімер (молекули ВМС дуже великі, розгалужені та перетинаються між собою, молекули розчинника - рухливі, дифундують у середину полімеру і збільшують його об’єм і масу, а об’єм системи: полімер – розчинник зменшується).
ІІ стадія набухання: відбувається значно більше поглинання розчинника, ослаблення зв’язків між окремими макромолекулами та збільшення їх можливих конформацій.
Значення набухання:
Набухання білків борошна, що утворюють клейковину, при виготовленні тіста.
І стадія – гідратація макромолекул білка; ІІ стадія – осмотичне зв’язування води. Здатність білків борошна до набухання визначає фізичні властивості тіста.
При обмеженому набуханні білків тісто – еластичне і щільне за консистенцією, при необмеженому набуханні частина білка переходить у розчинений стан, тісто утворюється рідке, липке.
У виробництві мармеладу використовують агар і агароїд.
Ці речовини не розчиняються у холодній воді, але обмежено набухають в ній. На І стадії проводять замочування агару і агароїду у холодній воді протягом 1-2 години, потім ‑ розчинення їх у гарячій воді.
Кулінарна обробка круп, зернових, бобових, макаронних виробів, овочів, м'яса, риби.
Набухання визначає функціональні процеси організму.
Нирка виконує дві основні функції: виведення шлаків і регулювання кількості води в організмі (фільтрація та концентрування). Внаслідок набухання сполучних тканин нирки з біологічних розчинників вилучається надлишок води, який потім повертається у кров.
Початковий етап процесу перетравлювання їжі – процес набухання, що супроводжується дією механічних і хімічних факторів, які прискорюють ступінь і швидкість набухання.
У виробництві спирту проводять розпарювання сировини – картоплі або зерен злаків з метою руйнування клітинної структури сировини, звільнення крохмалю та його розчинення. Спочатку сировину прогрівають водяною парою, інтенсивно набухає у воді. До 500С крохмаль набухає незначно, за температурі вищої 600С ступінь набухання крохмалю збільшується, за 900С тиск набухання збільшується, оболонки зерен крохмалю розриваються та вивільняється частково клейстеризований крохмаль.
Висалювання ‑ виділення високомолекулярних сполук з розчину при введенні значних кількостей електролітів. Висалювання відбувається в результаті зміни властивостей розчинника.
Коацервація – розшарування розчинів ВМС при нагріванні або збільшенні концентрації, пов’язане з формуванням асоціатів молекул і виділенням утвореної фази за рахунок злиття дрібних капель.
Розчини ВМС та деякі колоїдні системи здатні за певних умов втрачати текучість і застигати, утворюючи драглі. В драглях частинки дисперсної фази зв’язані між собою у сітчастий каркас, дисперсійне середовище міститься в проміжках між ними.
Гелями та драглями називають твердоподібні нетекучі структуровані системи, утворені в результаті дії молекулярних сил зчеплення між колоїдними частинками або макромолекулами полімерів.
Драглі ‑ це структуровані системи з властивостями еластичних твердих тіл.
Драглеподібний стан речовини можна розглядати як проміжний між рідким та твердим станом.
Приклади драглів:
харчові продукти (хліб, м’ясо, джем, желе, мармелад, кисіль, кисле молоко;
нехарчові продукти (клей, каучук);
драглеподібні осади гідроксидів заліза, алюмінію, кремнієвої кислоти.
Драглювання ‑ перехід розчину високомолекулярної сполуки у структурований стан. Явище, аналогічне утворенню гелю в колоїдних системах.
Драглі виявляють тиксотропні властивості: механічна дія порушує зв’язки між макромолекулами, система стає текучою, через деякий час зв’язки відновлюються і знову утворюються драглі. Як правило тиксотропні перетворення можуть бути повторені з одним і тим самим гелем або драглями необмежену кількість разів. Тиксотропію розглядають як оборотний ізотермічний процес: гель золь; драглі розчин.
Приклади:
протоплазма лімфоцитів розріджується внаслідок зовнішньої дії, але потім швидко відновлює свою структуру;
тиксотропні процеси спостерігаються в золях гідратів оксидів заліза, алюмінію, хрому, оксиду ванадію (V), в розчинах желатину та віскози, в суспензіях бетоніту, каоліну;
шоколадна маса, маргарин, тісто.
Тиксотропія дисперсних систем, гелів, драглів має важливе значення і часто використовується в техніці. Наприклад латексні та масляні фарби у вигляді рідких систем можна наносити однаковим шаром на вертикальні поверхні, так як вони не стікають завдяки швидкому тиксотропному структуруванню. Тиксотропія глинистих розчинів запобігає осіданню часточок породи в свердловинах і забезпечує їх винесення на поверхню при промиванні нафтових свердловин.
При зберіганні гелів і драглів в системах відбуваються зміни, пов’язані з агрегацією частинок, підвищенням твердості та еластичності, з гідратацією. Ці процеси пов’язані зі старінням систем.
Синерезис – явище ущільнення драглів. Внаслідок синерезису відбувається розподіл на дві фази: більш концентрований розчин високомолекулярної сполуки (ВМС), що зберігає форму посудини, та розчин, що виділяється з драглів. Загальний об’єм системи при синерезисі не змінюється. Кількість рідини, що виділяється змінюється в широких межах і залежить від різних причин.
У драглів ВМС процес синерезису є часто оборотним: при підвищенні температури драглі перетворюються на розчин, який при охолодженні знову застигає.
Синерезис поширений в технологічних процесах виробництва промислових та продовольчих товарів. Крохмальний клейстер через деякий час виділяє воду, скорочується в об’ємі, втрачає здатність склеювати, стає непридатним для виробництва виробів.
При зберіганні у холодному стані виробів і страв, що місять оклейстеризований крохмаль, відбувається зменшення вмісту розчиненої амілози, що викликає зниження вмісту розчинних речовин, і вироби черствіють.
Старіння або синерезис крохмальних золів (гелів) спостерігається:
в кашах, макаронних стравах через дві години після приготування (частково зворотний);
в киселях (не зворотний);
черствіння хліба та хлібобулочних виробів;
при „відмоканні” мармеладу, желе, фруктових джемів, карамелі;
при виробництві молочного сиру (відокремлення сироватки);
м’ясо молодих тварин більш соковите, ніж старих: з віком тканини тварин внаслідок синерезису та дегідратації втрачають здатність утримувати воду, здають більш твердими, сухими.
Еластичність ‑ здатність до повільної зворотної деформації.
При знятті напруги система повертається у вихідний стан зі швидкістю, що поступово зменшується.
Наповнювачі – спеціально підібрані компоненти, здатні підсилювати міжмолекулярну взаємодію макромолекул і підвищувати температуру розм’якшення. Введення наповнювачів покращує властивості виробів із полімерів.
Пластифікатори – спеціально підібрані, які здатні ослаблювати взаємодію в полімерах і знижувати температуру склування. Введення пластифікаторів покращує властивості виробів з полімерів.
Точка нульового заряду (ТНЗ) білків ‑ значення рН розчинів амфотерних поліелектролітів, при якому не відбувається дисоціація заряджених груп (кислотних і основних) і молекула білка не несе заряду.
Нейтралізація заряду білкової молекули призводить до того, що електростатичні сили між різнойменно зарядженими часточками майже відсутні, внаслідок чого молекули білка злипаються і випадають в осад. Відсутність заряду молекул білка зумовлює і те, що в ізоелектричній точці білок втрачає здатність рухатися в електричному полі до позитивно чи негативно зарядженого полюса.