Раствор полимерный: РАСТВОРЫ ПОЛИМЕРОВ • Большая российская энциклопедия

РАСТВОРЫ ПОЛИМЕРОВ • Большая российская энциклопедия

• В книжной версии

  Том 28. Москва, 2015, стр. 246-247

• Скопировать библиографическую ссылку:

  ---

Авторы: Т. М. Бирштейн

РАСТВО́РЫ ПОЛИМЕ́РОВ, тер­мо­ди­на­ми­че­ски ус­той­чи­вые в оп­ре­де­лён­ном ин­тер­ва­ле тем­пе­ра­тур и кон­цен­тра­ций сис­те­мы по­ли­мер – низ­ко­мо­ле­ку­ляр­ная жид­кость. Рас­тво­ри­мость по­ли­ме­ров за­ви­сит от хи­мич. строе­ния мак­ро­мо­ле­кул, при­ро­ды рас­тво­ри­те­ля, темп-ры. Об­ра­зо­ва­нию рас­тво­ров пред­ше­ст­ву­ет на­бу­ха­ние по­ли­ме­ров.

Спе­ци­фи­ка Р. п. свя­за­на с осо­бен­но­стя­ми и боль­шим раз­но­об­ра­зи­ем про­стран­ст­вен­ных струк­тур мак­ро­мо­ле­кул и наи­бо­лее вы­ра­же­на, ес­ли мак­ро­мо­ле­ку­лы име­ют кон­фор­ма­цию ста­ти­стич. клуб­ка (напр., для рас­тво­ров ли­ней­ных не­раз­ветв­лён­ных го­мо­по­ли­ме­ров). В от­ли­чие от рас­тво­ров низ­ко­мо­ле­ку­ляр­ных ве­ществ, кон­цен­тра­ция рас­тво­рён­но­го ве­ще­ст­ва не яв­ля­ет­ся од­но­знач­ным кри­те­ри­ем под­раз­де­ле­ния Р. п. на раз­бав­лен­ные и кон­цен­три­ро­ван­ные. Раз­бав­лен­ны­ми счи­та­ют­ся Р. п., в ко­то­рых ср. рас­стоя­ние ме­ж­ду мак­ро­мо­ле­ку­ла­ми зна­чи­тель­но боль­ше их собств. раз­ме­ров и объ­ё­мы, за­ни­мае­мые мак­ро­мо­ле­ку­ла­ми, не пе­ре­кры­ва­ют­ся. Мак­ро­мо­ле­ку­ла в кон­фор­ма­ции ста­ти­стич. клуб­ка за­ни­ма­ет боль­шой объ­ём при ма­лой внут­ри­мо­ле­ку­ляр­ной кон­цен­тра­ции $c_0$ собств. звень­ев ($c_0$ не пре­вы­ша­ет 1% по мас­се и убы­ва­ет с рос­том мо­ле­ку­ляр­ной мас­сы). Р. п. с кон­цен­тра­ци­ей $c$ при $c счи­та­ют­ся раз­бав­лен­ны­ми. Свой­ст­ва раз­бав­лен­ных Р. п. за­ви­сят от ха­рак­те­ри­стик мак­ро­мо­ле­кул (их раз­ме­ра, фор­мы, гиб­ко­сти). Вяз­кость Р. п., мак­ро­мо­ле­ку­лы ко­то­рых име­ют кон­фор­ма­цию ста­ти­стич. клуб­ка, за­мет­но воз­рас­та­ет с рос­том кон­цен­тра­ции. Ме­ра на­чаль­но­го из­ме­не­ния вяз­ко­сти (по от­но­ше­нию к вяз­ко­сти рас­тво­ри­те­ля $η_0$) – т. н. ха­рак­те­ри­стич. вяз­кость $[η]=\lim_{c\rightarrow 0}\frac{η-η_0}{η_0 c}$ об­рат­но про­пор­цио­наль­на $c_0$. Для Р. п., мак­ро­мо­ле­ку­лы ко­то­рых име­ют кон­фор­ма­цию ста­ти­стич. клуб­ка, ха­рак­те­ри­стич. вяз­кость тем боль­ше, чем боль­ше мо­ле­ку­ляр­ная мас­са рас­тво­рён­но­го по­ли­ме­ра, дос­ти­гая зна­че­ний по­ряд­ка мно­гих со­тен см³/г. Для рас­тво­ров раз­ветв­лён­ных мак­ро­мо­ле­кул ха­рак­те­ри­стич. вяз­кость все­гда мень­ше, чем для тех же ли­ней­ных при той же мо­ле­ку­ляр­ной мас­се, из-за боль­ше­го зна­че­ния $c_0$. Кри­те­рий раз­бав­лен­но­сти Р. п. – ус­ло­вие $[η]c\lt 1$. Ин­тер­вал кон­цен­тра­ций $c_0\lt c≪1$ оп­ре­де­ля­ет т. н. по­лу­раз­бав­лен­ный Р. п.: кон­цен­тра­ция по­ли­ме­ра ма­ла, но ста­ти­стич. клуб­ки пе­ре­кры­ва­ют­ся, про­ни­кая друг в дру­га. Даль­ней­шее уве­ли­че­ние сте­пе­ни пе­ре­кры­ва­ния клуб­ков в кон­цен­три­ров. Р. п. при­во­дит к по­яв­ле­нию трёх­мер­ной сет­ки за­це­п­ле­ний, силь­но­му рос­ту вяз­ко­сти, об­ра­зо­ва­нию струк­ту­ры ге­ля. При­мер сверх­кон­цен­три­ров. Р. п. – по­ли­ме­ры, пла­сти­фи­ци­ро­ван­ные рас­тво­ри­те­ля­ми.

Рас­тво­ры гло­бу­ляр­ных бел­ков (пре­им. вод­ные) яв­ля­ют­ся при­ме­ром Р. п. с пре­дель­но ком­пакт­ны­ми кон­фор­ма­ция­ми мо­ле­кул. В этом слу­чае $c_0$ ве­ли­ко и об­ласть кон­цен­тра­ций, от­ве­чаю­щих раз­бав­лен­ным рас­тво­рам, зна­чи­тель­но ши­ре, чем в слу­чае мак­ро­мо­ле­кул с кон­фор­ма­ци­ей клуб­ка. Ха­рак­тер­ные зна­че­ния ха­рак­те­ри­стич. вяз­ко­сти для гло­бу­ляр­ных бел­ков со­став­ля­ют 3–4 см³/г. Из­ме­не­ние темп-ры или ки­слот­но­сти водно­го рас­тво­ра мо­жет при­во­дить к де­на­ту­ра­ции рас­тво­рён­но­го бел­ка.

Пол­ное сме­ше­ние по­ли­ме­ров с низ­комо­ле­ку­ляр­ны­ми рас­тво­ри­те­ля­ми воз­мож­но лишь в оп­ре­де­лён­ном ин­тер­ва­ле тем­пе­ра­тур, вне ко­то­ро­го вза­им­ная рас­тво­ри­мость ком­по­нен­тов ог­ра­ни­че­на, и Р. п. яв­ля­ет­ся од­но­род­ным лишь при $c\lt c_1≪1$ или $c\gt c_2$, где $c_1$ и $c_2$ – не­ко­то­рые гра­нич­ные зна­че­ния. При $c_1\lt c\lt c_2$ рас­твор раз­де­ля­ет­ся на две фа­зы, со­су­ще­ст­вую­щие в рав­но­ве­сии.

В рас­тво­рах же­ст­ко­цеп­ных по­ли­ме­ров (дли­на жё­ст­ко­го сег­мен­та 10 нм и вы­ше), в от­ли­чие от рас­тво­ров гиб­ко­цеп­ных по­ли­ме­ров, воз­мож­ны со­стоя­ния разл. упо­ря­до­чен­но­сти. Та­кие рас­тво­ры изо­троп­ны лишь при кон­цен­тра­ции ни­же не­ко­то­рой гра­нич­ной, за ко­то­рой в уз­ком ин­тер­ва­ле кон­цен­тра­ций рас­по­ла­гает­ся двух­фаз­ная об­ласть. Во вто­рой фа­зе с боль­шей кон­цен­тра­ци­ей – по­ли­мер­ном ли­отроп­ном жид­ком кри­стал­ле, мак­ро­мо­ле­ку­лы ори­ен­та­ци­он­но упо­ря­до­че­ны, что при­во­дит к умень­ше­нию вяз­ко­сти рас­тво­ра.

Для ио­но­ген­ных по­ли­ме­ров (по­ли­элек­тро­ли­тов) хо­ро­шим рас­тво­ри­те­лем яв­ля­ет­ся во­да. В во­де рас­тво­ря­ют­ся так­же не­за­ря­жен­ные мак­ро­мо­ле­ку­лы, со­дер­жа­щие по­ляр­ные (гид­ро­филь­ные) груп­пы. Cвойства вод­ных рас­тво­ров по­ли­элек­тро­ли­тов и кон­фор­ма­ции за­ря­жен­ных мак­ро­мо­ле­кул в рас­тво­ре за­ви­сят не толь­ко от темп-ры, но и от ки­слот­но­сти рас­тво­ра, со­дер­жа­ния в нём ио­нов со­лей, их ва­лент­но­сти. Ти­пич­ный по­ли­элек­тро­лит – ДНК име­ет в ней­траль­ной сре­де при ком­нат­ной темп-ре и уме­рен­ном со­дер­жа­нии со­ли кон­фор­ма­цию клуб­ка, об­ра­зуе­мо­го двой­ной спи­ра­лью. При по­вы­ше­нии темп-ры, а так­же при низ­ком со­дер­жа­нии со­ли или при вы­со­ком со­дер­жа­нии ки­сло­ты или щё­ло­чи ДНК де­на­ту­ри­ру­ет, ут­ра­чи­ва­ет струк­ту­ру двой­ной спи­ра­ли, но со­хра­ня­ет кон­фор­ма­цию клуб­ка.

В вод­ных рас­тво­рах диб­лок­со­по­ли­меров, по­стро­ен­ных из гид­ро­филь­ных и гид­ро­фоб­ных бло­ков, мак­ро­мо­ле­ку­лы не ас­со­ции­ро­ва­ны лишь при очень ма­лых кон­цен­тра­ци­ях. На­чи­ная с не­ко­то­рой гра­нич­ной кон­цен­тра­ции, мак­ро­мо­ле­ку­лы со­би­ра­ют­ся в ми­цел­лы с плот­ным гид­ро­фоб­ным ядром и гид­ро­филь­ной ко­ро­ной, и в ши­ро­кой об­лас­ти кон­цен­тра­ций су­ще­ст­ву­ет раз­бав­лен­ный рас­твор по­ли­мер­ных ми­целл. При вы­хо­де за гра­ни­цу этой об­лас­ти в рас­тво­ре об­ра­зу­ют­ся про­стран­ст­вен­но упо­ря­до­чен­ные над­мо­ле­ку­ляр­ные струк­ту­ры.

Ис­сле­дуя раз­бав­лен­ные Р. п., по­лу­ча­ют дан­ные о ха­рак­те­ри­сти­ках ин­ди­ви­ду­аль­ных мак­ро­мо­ле­кул, о мо­ле­ку­ляр­ной мас­се и мо­ле­ку­ляр­но-мас­со­вом рас­пре­де­ле­нии, о кон­фор­ма­ци­ях мак­ро­мо­ле­кул, их раз­ме­рах, фор­ме, гиб­ко­сти и т. п. Мн. био­мак­ро­мо­ле­ку­лы функ­цио­ни­ру­ют в рас­тво­ре (в клет­ке). В рас­тво­рах про­во­дят син­тез по­ли­ме­ров, их пе­ре­ра­бот­ку, по­лу­че­ние во­ло­кон, плё­нок, по­кры­тий и др.

ХиМиК.ru — РАСТВОРЫ ПОЛИМЕРОВ — Химическая энциклопедия

РАСТВОРЫ ПОЛИМЕРОВ,
обладают рядом особенностей по сравнению с р-рами низкомол. в-в из-за св-в
макромолекул: больших размеров, широкого диапазона гибкости (жесткости), большого
набора конформаций, способности к конформац. перестройкам при изменении т-ры,
р-рителя и т.п.

В разбавленных растворах полимеров гибкоцепные
синтетич. макромолекулы принимают конформацию статистич. клубка, в объеме к-рого
концентрация с₀ собств. звеньев весьма мала (порядка 1% по
массе и менее) и убывает с ростом мол. массы. Влияние мол. массы и геом. характеристик
макромолекул на св-ва растворов полимеров приводит к тому, что концентрация растворенного
в-ва не является однозначным критерием разделения растворов полимеров на разбавленные и концентрированные,
в отличие от р-ров низкомол. в-в. Раствор полимера со средней концентрацией с растворенного
в-ва считается разбавленным, если с < с₀, т. е. среднее
расстояние между макромолекулами значительно больше их размера. Условный показатель,
характеризующий уд. объем, занимаемый макромолекулой,-характеристическая вязкость,
где h и h₀-соотв. вязкость р-ра с
концентрацией с и вязкость чистого р-рителя. Величина [h]-условный
показатель, определяющий прирост вязкости р-рителя при введении в него полимера.
Если концентрация раствора полимеров выражена в г/л, то единица характеристич. вязкости-л/г
или м³/кг. Раствор полимеров является «разбавленным», если [h]c
< 1. Разбавленные растворы полимеров используют для изучения характеристик индивидуальных
макромолекул: мол. массы, размеров, конформаций, гибкости цепи и т.п. Интервал
концентрацийопределяет
т. наз. полуразбавленный
раствор полимеров: концентрация полимера мала, но статистич. клубки перекрываются, проникая
друг в друга. Клубковые конформации макромолекул сохраняются и в концентрированных
растворах полимеров, а также в сверхконцентрированных растворах полимеров, примером к-рых служат полимеры,
пластифицированные труднолетучими р-рителями (см. Пластификация полимеров).

Др. особенность растворов полимеров-понижение
совместимости компонентов из-за того, что энтропия смешения DS_с
снижается при соединении мономеров в единую цепь. Полное смешение полимеров
с низкомол. р-рителями возможно лишь в определенном интервале т-р. Вне этого
интервала взаимная р-римость компонентов становится ограниченной и происходит
разделение растворов полимеров на две фазы, сосуществующие в равновесии.

На гипотетич. обобщенной
диаграмме р-римости в координатах концентрация полимера с-т-ра T
(рис. 1) имеется кривая (бинодаль), отделяющая замкнутую область т-р и концентраций,
внутри к-рой раствор полимеров расслаивается на две фазы. Максимум и минимум на бинодали
определяют верхнюю и нижнюю критич. т-ры смешения (соотв. ВКТС и НКТС) и критич.
концентрации. В критич. точках составы сосуществующих фаз полимер — р-ритель
совпадают. При т-рах вне интервала ВКТС-НКТС имеет место неограниченное взаимное
смешение компонентов, причем ниже НКТС — за счет сильного взаимод. активных
атомных групп полимера и р-рителя, напр. за счет водородных связей. Вблизи критич.
т-ры перехода жидкость-пар (НКТС’) также имеется область ограниченной совместимости.

Реальная полная диаграмма
р-римости полимера с тремя критич. т-рами до сих пор не получена. Наиб. часто
проявляется на практике лишь ВКТС (хотя она может лежать выше точки кипения
р-рителя), а НКТС не достигается, чаще всего из-за высокой т-ры замерзания р-рителя.
Имеются и системы, в к-рых существует лишь НКТС.

Форма и положение бинодали
для данной пары полимер -р-ритель зависит от мол. массы. С ростом мол. массы
М полимера бинодаль смещается в сторону малых концентраций и больших т-р, критич.
концентрация с_кр ~ 1/М^1/2, 1/Т_кр
линейно убывает с убыванием 1/М^1/2 (пунктирная линия на рис.
1), т.е. р-римость полимера уменьшается. Такая зависимость используется для
фракционирования полимеров по мол. массе. Предельное значение Т_кр
при М : со определяет т. наз. 9-температуру Флори (q-точку,
q-усло-вие) как идеальную т-ру, при к-рой клубкообразные макромолекулы
в р-ре имеют конформацию гауссова клубка, т. е. их средний квадратичный линейный
размер R пропорционален М^1/2, а с₀
~ 1/М^1/2. С ростом т-ры размеры макромолекулы в разб. р-рах
увеличиваются до R ~ М^0,6, с₀ ~ М^—0,8
(р-ритель «улучшается»). Предельная концентрация с₀
убывает с ростом мол. массы полимера, а при данной мол. массе-с ростом т-ры.

Рис. 1. Обобщенная диаграмма
р-римости для системы аморфный полимер— р-ритель. На осях отложены концентрация
полимера с и т-ра Т. Кривые 1 и Г — бинодали, ВКТС, НКТС и НКТС’-соотв.
верхняя и две нижние критич. т-ры смешения; пунктирная кривая 2 показывает смещение
бинодали 1 при увеличении мол. массы полимера.

Теория, позволяющая определить
пределы совместимости полимера и р-рителя в зависимости от мол. массы растворенного
в-ва и т-ры, развита П. Дж. Флори и М. Хаггинсом в 40-х гг. 20 в. Энтропия смешения
DS_c системы полимер-р-ритель рассчитывалась на основе
решеточной модели (см. Жидкость), согласно к-рой жидкость м.б.
представлена квазирешеткой, в каждой ячейке к-рой может помещаться либо молекула
р-рителя, либо равный ей по размерам участок макромолекулы, что связано с конкретной
конфор-мацией цепи. Соответственно при расчете энтропии смешения DS_c
принимаются во внимание лишь допустимые кон-формации, а при малой молярной доле
полимера в р-ре возможны большие значения DS_c. Наличие
отличной от нуля теплоты
смешения DH_с обусловлено тем, что энергия межмол. взаимод.
в чистых в-вах-р-рителе и полимере— отличается от энергии взаимод. р-ритель-полимер.
Избыточная своб. энергия взаимод., приходящаяся на одну молекулу р-рителя в
растворе полимеров, характеризуется полуэмпирич. параметром Флори-Хаггинса c, к-рый
для данной пары полимер — р-ритель является ф-цией т-ры. С параметром X связан
второй вириальный коэф. А₂ разложения осмотич. давления
р-ра в ряд по концентрации, позволяющий оценить «качество» р-рителя.
Если контакты полимер — полимер и р-ритель — р-ритель энергетически менее выгодны,
чем контакты полимер-р-ритель, коэф. А₂ > 0, р-ритель
считается хорошим. Р-рители с А₂ < 0 считаются плохими,
р-ри-мость полимера в них ограничена. При А₂ = 0 р-ритель
наз. квазиидеальным или q-растворителем, а т-ра, при к-рой положит. энтальпия
смешения компенсируется возрастанием энтропии, является q-точкой. Для растворов полимеров
q-точка аналогична точке Бойля для реальных газов (см. Вириальное
уравнение).
Для жесткоцепных
полимеров (напр., при длине жесткого сегмента 10 нм и выше) наблюдается ухудшение
р-римости сравнительно с гибкоцепными полимерами, совместимость компонентов
растворов полимеров часто достигается за счет сильных взаимод. полимер-р-ритель. Р-римость
полимера повышается при наличии у макромолекул подвижных боковых групп атомов.
Р-ры жесткоцепных полимеров изотропны лишь при концентрации ниже нек-рой критической,
при повышении концентрации на диаграмме р-римости наблюдается узкая область
двухфазного состояния, а затем состояние полимерного жидкого кристалла (рис.
2). В изотропных растворах полимеров вязкость сильно возрастает с концентрацией, в жидких
кристаллах макромолекулы ориентационно упорядочены, что обеспечивает уменьшение
вязкости.
Рис. 2. Равновесная
кривая сосуществования фаз в системе полимер ^р-ритель. По осям отложены концентрация
полимера с и т-ра Т. Буквами И и А обозначены области существования
изотропного и анизотропного р-ров соответственно.

Биол. макромолекулы
(белки, нуклеиновые к-ты) и их модели (полипептиды, полинуклеотиды) в р-рах
могут иметь специфич. конформации, стабилизированные внутри-мол. взаимодействием
. Так, нативные глобулярные конформации белков в водном р-рителе стабилизированы
водородными связями и гидрофобными взаимодействиями неполярных групп
атомов. Полярные группы на пов-сти глобулы обеспечивают ее р-римость. При изменении
состава и св-в р-рителя, рН и ионной силы р-ра или при изменении т-ры происходят
внутримол. конформац. переходы типа спираль-клубок и глобула-клубок, что приводит
к резкому изменению всех св-в раствора полимеров.

Лит.: Цветков В.
Н., Эскин В. Е., Френкель С. Я., Структура макромолекул в растворах, М., 1964;
Папков С. П., Равновесие фаз в системе полимер-растворитель, М., 1981; Жен П.-Ж.,
Идеи скейлинга в физике полимеров, пер. с франц., М., 1982. Т. М. Бирштейн.

Еще по теме:

Растворы полимеров — это… Что такое Растворы полимеров?



Растворы полимеров

        термодинамически устойчивые однородные молекулярно-дисперсные смеси полимеров и низкомолекулярных жидкостей. В разбавленных Р. п. макромолекулы отделены друг от друга, и изучение свойств Р. п. (оптических, электрических, гидродинамических) позволяет получить количественную информацию о молекулярной массе и молекулярно-массовом распределении растворённого полимера, размерах, форме и жёсткости макромолекул. Усиление межмолекулярного взаимодействия с повышением концентрации приводит в Р. п. к появлению трёхмерной сетки связей, вплоть до застудневания (см. Гели), а также к формированию флуктуационных или устойчивых ассоциатов различной формы, которые могут приближаться по своим размерам к коллоидным частицам (см.

Дисперсные системы). Во многих практических случаях граница между Р. п., студнями и коллоидными системами условна и определение её может зависеть от принятого метода исследования. Растворимость полимеров зависит от химического строения их цепей, природы растворителя и температуры.
         Вследствие гибкости макромолекул (См. Макромолекула) в Р. п. появляется известная независимость движения отдельных частей молекулы, что отражается на многих измеряемых свойствах Р. п. как кажущееся резкое увеличение числа частиц растворённого компонента по сравнению с его истинным содержанием. Поэтому для Р. п. характерны очень высокие вязкости, сильная зависимость вязкости от концентрации, а также ряд термодинамических аномалий по сравнению с растворами низкомолекулярных соединений. Из-за малой скорости диффузии макромолекул наблюдается очень медленное приближение к равновесному состоянию при смешении и образование Р. п. через стадию набухания (См. Набухание) полимера. Р. п. обладают вязкоупругими свойствами, а концентрированные растворы, подобно резинам, способны к высокоэластическим деформациям (см. Высокоэластическое состояние).
         Р. п. широко применяют при получении волокон и плёнок, клеев, лаков, красок и др. изделий из полимерных материалов. Введение в полимер малых количеств растворителя (пластификатора (См. Пластификаторы)) используют в технологии полимеров для снижения температур стеклования и текучести, а также для понижения вязкости расплава.

         Лит.: Тагер А, А., Физико-химия полимеров, 2 изд., М., 1968, гл. 13—17; Цветков В. Н., Эскин В. Е., Френкель С. Я., Структура макромолекул в растворах, М., 1964; Моравец Г., Макромолекулы в растворах, пер. с англ., М., 1967; Папков С. П., Физико-химические основы производства искусственных и синтетических волокон, М., 1972.

         А. Я. Малкин.

Большая советская энциклопедия. — М.: Советская энциклопедия.
1969—1978.

• Растворы (химич.)
• Растдзинад

Смотреть что такое «Растворы полимеров» в других словарях:

• растворы полимеров — [polymer solutions] термодинамически устойчивые однородные молекулярно дисперсные смеси полимеров и низко молекулярных жидкостей. В разбавленном растворе полимеров молекулы разделены. Усиление межмолекулярного взаимодействия с повышением… …   Энциклопедический словарь по металлургии

• РАСТВОРЫ ПОЛИМЕРОВ — обладают рядом особенностей по сравнению с р рами низкомол. в в из за св в макромолекул: больших размеров, широкого диапазона гибкости (жесткости), большого набора конформаций, способности к конформац. перестройкам при изменении т ры, р рителя и… …   Химическая энциклопедия

• Растворы (химич.) — Растворы, макроскопически однородные смеси двух или большего числа веществ (компонентов), образующие термодинамически равновесные системы. В Р. все компоненты находятся в молекулярно дисперсном состоянии; они равномерно распределены в виде… …   Большая советская энциклопедия

• РАСТВОРЫ — гомогенные системы, состоящие из двух или более компонентов, состав к рых в определенных пределах может непрерывно изменяться. От мех. смесей Р. отличаются своей однородностью и возрастанием энтропии системы при смешении компонентов. По… …   Химическая энциклопедия

• Растворы — Растворение соли в воде Раствор гомогенная (однородная) смесь, образованная не менее чем двумя компонентами, один из которых называется растворителем, а другой растворимым веществом, это также система переменного состава, находящаяся в состоянии… …   Википедия

• Растворы (химич.) — Растворение соли в воде Раствор гомогенная (однородная) смесь, образованная не менее чем двумя компонентами, один из которых называется растворителем, а другой растворимым веществом, это также система переменного состава, находящаяся в состоянии… …   Википедия

• Растворы — I Растворы         макроскопически однородные смеси двух или большего числа веществ (компонентов), образующие термодинамически равновесные системы. В Р. все компоненты находятся в молекулярно дисперсном состоянии; они равномерно распределены в… …   Большая советская энциклопедия

• Растворы — [solutions] макроскопические однородное смеси > 2 веществ (компонентов), состав которых при данных внешних условиях может непрерывно меняться в некоторых пределах. Количественное соотношение компонентов в растворах определяет их концентрацией.… …   Энциклопедический словарь по металлургии

• РАСТВОРЫ — системы, состоящие из молекул, атомов и(или) ионов неск. разл. типов, при этом числа разл. частиц не находятся в к. л. определённых стехиометрич. соотношениях друг с другом (что отделяет Р. от хим. соединений). К Р. обычно относят такие… …   Физическая энциклопедия

• РАСТВОРЫ НЕЭЛЕКТРОЛИТОВ — бинарные или многокомпонентные мол. системы, состав к рых может изменяться непрерывным образом (по крайней мере, в нек рых пределах). В отличие от растворов электролитов, в Р. н. (мол. р рах) заряженные частицы в сколько нибудь заметных… …   Химическая энциклопедия

как изготовить полимерцементный раствор, состав, технология, применение

Использование бетона является обязательным при любом строительстве (промышленном, дачном, частном).

Без этого материала не обойтись при облагораживании садовых участков, утеплении конструкций и т.д.

На помощь строителям пришел новый класс материалов – полимерный фибробетон.

Изготовить его можно самостоятельно, используя при этом отходы пластика, которые в буквальном смысле лежат под ногами. Несложная технология изготовления полимербетона позволяет осуществить этот процесс своими руками.

В этой статье пойдет речь о производстве полимербетона на основе вторичных полимеров.

Преимущества полимерного бетона

Армировать бетон строители научились достаточно давно. Еще в начале прошлого столетия был запатентован способ упрочнения бетона металлом.

Использование же в качестве усиливающих агентов полимеров появилось относительно недавно.

Пластик имеет ряд преимуществ, которые способны потеснить традиционные армирующие материалы: металл и стекло. Полимер более технологичен, он удобен и безопасен в обращении.

Многие строители отрицательно отзываются о пластике, поскольку он может комковаться при смешивании. Сейчас есть множество добавок, которые помогут решить эту проблему.

Полимер более легкий, чем металл или стекло. Поэтому он даже способен несколько облегчить конструкцию. Пластмассовые армирующие частицы устойчивы к коррозии и атмосферному воздействию. Можно добиться такого соотношения ширины и длины волокна, которое позволит упрочнить бетон в несколько раз по сравнению со стандартным образцом.

Рецептура и состав

Содержание армирующего наполнителя никак не отражается на основной рецептуре бетона.

Вот примерное соотношение компонентов, рекомендуемое для приготовления смеси:

1. Цемент. Берется из расчета 1 части. В зависимости от типа производимых работ, можно выбрать быстро отверждаемые марки, либо стандартные.
2. Песок. В рецептуру рекомендуется добавлять из расчета 4 части на 1 часть цемента. Для более прочных марок допустимо уменьшить пропорции до 3 частей. Требования к качеству песка довольно высокие. Его нужно хорошо просеять от крупных частиц и при необходимости промыть водой. Такая процедура позволит сделать матрицу прочнее.
3. Армирующие компоненты. Измельченный пластик рекомендуется добавлять из расчета от 3 до 10 килограмм на 1 кубометр смеси.
4. Пластификаторы. Это тип добавок, улучшающих пластичность смеси при заливке и повышающих прочностные характеристики. Дозировка указана на упаковке, обычно стандартно вводят от 0,25 до 0,50% от общей массы.
5. Гидрофобизатор. Позволяют повысить устойчивость к водной эрозии, поскольку создают слой на поверхности бетона. Дозировка небольшая, до 0,5%, в зависимости от рекомендации на этикетке.

Требования к армирующим пластикам

В качестве усиливающего компонента рекомендуется использовать полиолефиновые марки (полиэтилен, полипропилен). Они удачно сочетают в себе прочность и гибкость, что позволяет не ломаться при воздействии нагрузки.

Полиолефины отличаются морозостойкостью, которая позволит армирующей добавке противостоять атмосферному воздействию и даже проводить работы при отрицательных температурах.

Пластик наиболее проявляет свои усиливающие свойства тогда, когда соблюдается большое соотношение длины и ширины кусков.

Поэтому качественный и правильный упрочняющий материал можно получить экструзией и резкой на рубильном станке соответствующего полимера.

Эта технология более затратная и трудоемкая, но полученный таким способом армирующий пластик может использоваться даже в промышленном строительстве.

Если не стоит задача получить бетонную смесь для фундаментальной застройки, то можно использовать дробленый на мелкую фракцию пластик.

Для равномерного распределения полимера по матрице лучше предварительно обработать его замасливателем.

Это силиконовые составы, например, гидрофобизатор или грунтовка на основе силана. Они тонким слоем покрывают дробленку, предотвращая комкование.

Технология изготовления раствора

Очень важен порядок загрузки компонентов:

1. Если используется аппрет, то лучше предварительно замешать его с дробленкой в бетономешалке. Перемешивание лучше вести до тех пор, пока не покроются равномерным слоем все куски пластика.
2. Далее в определенной пропорции засыпают цементо-песочную смесь и все тщательно перемешивают.
3. Постепенно, не прекращая вращение, вливается вода. Количество жидкости определяется необходимой вязкостью смеси. Если нужен бетон для блоков, то состав делают более густым. И наоборот, для заливки фундамента можно делать раствор более текучим.
4. При добавлении армирующего пластика рекомендуется увеличить время смешения примерно в 2 раза по сравнению со стандартным бетоном.

Необходимое оборудование

Процесс можно разделить на два ключевых этапа, исходя из которых можно определиться с основными единицами оборудования:

1. Изготовление дробленого пластика. Для этого в самом простом исполнении нужна дробилка роторного типа и приемник для дробленки (лоток, бак, ёмкость большого объема). Зазор между ножами должен регулироваться для наработки фракции дробленки нужного размера.
2. Приготовление смеси в бетономешалке. Подойдет стандартная с перемешивающими лопастями. Вспомогательный инструмент – лопата, ведра, совки и т.д.

Области применения

Армированный бетон может применяться там, где необходима высокая прочность и долговечность.

Тонкие волокна, равномерно распределенные по всем направлениям, усиливают конструкции. Поэтому из армированного бетона можно изготавливать блоки для монолитного строительства.

Полимерные частицы позволяют повысить прочность бетона на растяжение, повысив тем самым его марку.

Поскольку сейчас технологии строительства изменились, то использование тяжелых блоков, армированных стальными прутьями, более невозможно. На смену им приходят такие же прочные, но гораздо более легкие полимербетоны.

Кроме того, введенный в состав цемента пластик может повысить теплоизоляционные свойства бетонной плиты.

Полимерцемент не дает сильную усадку, что важно при отливке сборных конструкций, когда есть риск получить детали разного размера. Помимо изготовления строительных блоков, полимербетон можно использовать для заливки фундаментов, тротуарной плитки, несъемной опалубки и т.д.

Есть интересные идеи изготовления садовых скульптур, скамеек, фонтанов и вазонов. Из полимербетона такие конструкции получаются более прочными.

Видео по теме

В данном видео показано изготовление красивого искусственного мрамора из полимербетона с разводами:

Вывод

Полимербетон – более современный материал, в отличие от традиционных цементных составов. Помимо своих полезных характеристик, он уникален тем, что может послужить отличным способом использования вторичного пластика.

Количество отходов на нашей планете колоссальное, а использование их в бетоне – отличная идея утилизации.

Возрастающие темпы строительства и, соответственно, нарастающие объемы потребления полимербетона могут наладить использование пластиковых отходов в строительных технологиях не только в кустарных, но и промышленных масштабах.

Зная, как смешивать компоненты и обладая соответствующим оборудованием, вполне возможно изготовить полимерцементный раствор в домашних условиях.

Вконтакте

Facebook

Twitter

Одноклассники

Мой мир

Полимерцементные растворы

Строительные растворы на минеральных вяжущих (в том числе и цементные) отличаются рядом недостатков: у них низкая прочность при изгибе и растяжении, слабая
адгезия к другим строительным материалам, незначительная деформативность и низкая ударная вязкость, невысокая стойкость к истиранию, при истирании
растворов образуется много пыли.

Если в раствор на минеральных вяжущих ввести полимерные добавки в количестве 2…3 % от массы вяжущего, то указанные выше недостатки растворов можно
уменьшить или ликвидировать.

Чаще других применяют цементные растворы с полимерными добавками. Такие растворы называют полимерцементными.

полимерцементные растворы


Полимерная добавка, введенная в раствор микродозами (0,05… 0,2% массы цемента), лишь пластифицирует или гидрофобизирует раствор.

В полимерных растворах полимер влияет на процессы твердения вяжущего и существенно изменяет структуру затвердевшего раствора. Водный раствор полимера,
введенный в цементный раствор, замедляет твердение цемента, при этом количество полимера не превышает 3…5 % от массы цемента. Следовательно, вводить
растворимые в воде полимеры в строительные растворы не эффектив но. Поэтому чаще применяют водные дисперсии нерастворимых в
воде полимеров — поливинилацетатную дисперсию (ПВАД) и латексы синтетических каучуков (СК).


В раствор с дисперсией можно ввести 10 -20% полимера от массы цемента. При таких больших добавках полимера свойства полимерцементных растворов существенно
отличаются от свойств чистых цементных растворов, при этом нерастворимый в воде полимер практически не замедляет твердения цемента.

Против коагуляции дисперсии в растворе применяют стабилизаторы — поверхностно-активные вещества ОП-7, ОП-10, а также жидкое стекло.

Не требует стабилизации лишь пластифицированная дисперсия ПВА.

Если коагуляция дисперсии в растворе все же наступает, то свойства полимерцементного раствора теряются необратимо.

Присутствие поверхностно-активных веществ в полимерцементном растворе способствует вовлечению в него воздуха в виде мельчайших пузырьков, объем которых
достигает 30 % от объема раствора.

Размер большинства пор менее 0,2 мм.

Чем хороши растворы с вовлеченным воздухом?

Они весьма пластичны и удобоукладываемы при меньшем содержании воды, чем в обычных растворах. Мелкие замкнутые поры повышают морозостойкость и
водонепроницаемость полимерцементных растворов.

Эти растворы обладают в воздушно-сухих условиях повышенной адгезией с основанием, так как полимер создает клеевую прослойку между раствором и основанием.

Полимерные добавки меняют механические свойства растворов, повышают их прочность при растяжении и изгибе. Так как модуль упругости полимера примерно в 10
раз ниже, чем у цементного раствора, деформативность, ударная вязкость и трещиностойкость полимерцементных растворов выше, чем у цементных.

Растворы с добавками полимеров сравнительно медленно высыхают, что благоприятно сказывается на твердении цемента. Они обеспечивают прочное и надежное
крепление к основанию плиток, облицовочных листов и других материалов. Полимерцементные растворы в покрытиях
полов характеризуются высоким сопротивлением истиранию и не образуют пыли при износе.

Высокие эксплуатационные качества полимерцементных растворов позволяют применять их в штукатурных работах.

Из латекснополимерных растворов получают коррозионно-стойкую и непылящую штукатурку.

Полимерцементные растворы применяют для заделки и выравнивания выбоин и других дефектов на бетонных поверхностях, а также при разделке рустов между
панелями перекрытий (на потолках).

Растворы не основе гипсоцементно-пуццоланового вяжущего и водных дисперсий полимеров — ПВАД или латексов синтетических каучуков — применяют для наружных и
внутренних штукатурок, в декоративных растворах и мастичных составах для отделки фасадов, для стяжек под плитки и рулонные покрытия полов.

В гипсополимерцементные растворы вводят дисперсию ПВА— 15-20 %, латекс СКС-65ГП — 10…15 % от массы вяжущего;

водовяжущее отношение раствора 0,40…0,55.

Фасады зданий отделывают раствором следующего состава:

гипсовое вяжущее—54…57;

портландцемент белый—35…38;
активная минеральная добавка—2…4;

стеарат кальция—О…2;

пигменты — О… 5;

кварцевый песок—300…500;

водная дисперсия ПВАД или латекс СКС-65ГП (в пересчете на сухое вещество) — 10…20;

вода — до требуемой консистенции.

Для отделочных работ применяют сухие смеси заводского изготовления, которые на месте работы тщательно перемешивают с водной дисперсией полимера.

Сухая смесь состоит из компонентов ГПЦВ, пигментов и гидрофобной добавки. Отдельно готовят раствор водной дисперсии полимера с необходимыми добавками.

Хорошо перемешанная сухая смесь с водной дисперсией полимера при нормальной температуре пригодна к применению в течение 4…6 ч.

Начало схватывания вяжущего замедляют фосфатом натрия или 2%-ным раствором клея.

Штукатурку в сухих помещениях выполняют сухой гипсовой штукатурной смесью (СГШС), которую наносят на гипсобетонные, бетонные, кирпичные, каменные и
деревянные поверхности.

Такая штукатурка высыхает под окраску в три раза быстрее, чем из растворов на извести и цементе.

СГШС получают перемешиванием комплексной полимерной добавки с гипсовым вяжущим. Добавка состоит из смеси полимеров метилцеллюлозы и карбоксиметилцеллюлозы,
ПАВ, кварцевого песка и замедлителя схватывания гипсового вяжущего — — триполифосфата натрия.

Добавку вводят в количестве 5 % массы гипсового вяжущего.

Заполнителем в растворе служат пористые материалы—перлитовый песок или вспученный вермикулит.

На месте работы смесь затворяют водой, тщательно перемешивают и наносят на оштукатуриваемую поверхность.

РАСТВОРЫ ПОЛИМЕРОВ — это… Что такое РАСТВОРЫ ПОЛИМЕРОВ?

,

обладают рядом особенностей по сравнению с р-рами низкомол. в-в из-за св-в макромолекул: больших размеров, широкого диапазона гибкости (жесткости), большого набора конформаций, способности к конформац. перестройкам при изменении т-ры, р-рителя и т. п.

В разбавленных Р. п. гибкоцепные синтетич. макромолекулы принимают конформацию статистич. клубка, в объеме к-рого концентрация с ₀ собств. звеньев весьма мала (порядка 1% по массе и менее) и убывает с ростом мол. массы. Влияние мол. массы и геом. характеристик макромолекул на св-ва Р. п. приводит к тому, что концентрация растворенного в-ва не является однозначным критерием разделения Р. п. на разбавленные и концентрированные, в отличие от р-ров низкомол. в-в. Р. п. со средней концентрацией срастворенного в-ва считается разбавленным, если с < с ₀, т. е. среднее расстояние между макромолекулами значительно больше их размера. Условный показатель, характеризующий уд. объем, занимаемый макромолекулой,-характеристическая вязкость, где h и h₀ -соотв. вязкость р-ра с концентрацией с и вязкость чистого р-рителя. Величина [h]-условный показатель, определяющий прирост вязкости р-рителя при введении в него полимера. Если концентрация Р. п. выражена в г/л, то единица характеристич. вязкости-л/г или м ³/кг. Р. п. является «разбавленным», если [h]c < 1. Разбавленные Р. п. используют для изучения характеристик индивидуальных макромолекул: мол. массы, размеров, конформаций, гибкости цепи и т. п. Интервал концентраций определяет т.

наз. полуразбавленный Р. п.: концентрация полимера мала, но статистич. клубки перекрываются, проникая друг в друга. Клубковые кон-формации макромолекул сохраняются и в концентрированных Р. п., а также в свсрхконцентрированных Р. п., примером к-рых служат полимеры, пластифицированные труднолетучими р-рителями (см. Пластификация полимеров).

Др. особенность Р. п.-понижение совместимости компонентов из-за того, что энтропия смешения DS _с снижается при соединении мономеров в единую цепь. Полное смешение полимеров с низкомол. р-рителями возможно лишь в определенном интервале т-р. Вне этого интервала взаимная р-римость компонентов становится ограниченной и происходит разделение Р. п. на две фазы, сосуществующие в равновесии.

На гипотетич. обобщенной диаграмме р-римости в координатах концентрация полимера с-т-ра T (рис. 1) имеется кривая (бинодаль), отделяющая замкнутую область т-р и концентраций, внутри к-рой Р. п. расслаивается на две фазы. Максимум и минимум на бинодали определяют верхнюю и нижнюю критич. т-ры смешения (соотв. ВКТС и НКТС) и критич. концентрации. В критич. точках составы сосуществующих фаз полимер — р-ритель совпадают. При т-рах вне интервала ВКТС-НКТС имеет место неограниченное взаимное смешение компонентов, причем ниже НКТС — за счет сильного взаимод. активных атомных групп полимера и р-рителя, напр. за счет водородных связей. Вблизи критич. т-ры перехода жидкость-пар (НКТС’) также имеется область ограниченной совместимости.

Реальная полная диаграмма р-римости полимера с тремя критич. т-рами до сих пор не получена. Наиб. часто проявляется на практике лишь ВКТС (хотя она может лежать выше точки кипения р-рителя), а НКТС не достигается, чаще всего из-за высокой т-ры замерзания р-рителя. Имеются и системы, в к-рых существует лишь НКТС.

Форма и положение бинодали для данной пары полимер -р-ритель зависит от мол. массы. С ростом мол. массы М полимера бинодаль смещается в сторону малых концентраций и больших т-р, критич. концентрация с _кр~ 1/М ^1/2, 1/Т _кр линейно убывает с убыванием 1/М ^1/2 (пунктирная линия на рис. 1), т. е. р-римость полимера уменьшается. Такая зависимость используется для фракционирования полимеров по мол. массе. Предельное значение Т _кр при М : со определяет т. наз. 9-температуру Флори (q-точку, q-усло-вие) как идеальную т-ру, при к-рой клубкообразные макромолекулы в р-ре имеют конформацию гауссова клубка, т. е. их средний квадратичный линейный размер Rпропорционален М ^1/2, а с ₀ ~ 1/М ^1/2. С ростом т-ры размеры макромолекулы в разб. р-рах увеличиваются до R~ М ^0,6, с ₀ ~ М ^—0,8 (р-ритель «улучшается»). Предельная концентрация с ₀ убывает с ростом мол. массы полимера, а при данной мол. массе-с ростом т-ры.

Рис. 1. Обобщенная диаграмма р-римости для системы аморфный полимерЧ р-ритель. На осях отложены концентрация полимера си т-ра Т. Кривые 1 и Г Ч бинодали, ВКТС, НКТС и НКТС’-соотв. верхняя и две нижние критич. т-ры смешения; пунктирная кривая 2 показывает смещение бинодали 1 при увеличении мол. массы полимера.

Теория, позволяющая определить пределы совместимости полимера и р-рителя в зависимости от мол. массы растворенного в-ва и т-ры, развита П. Дж. Флори и М. Хаггинсом в 40-х гг. 20 в. Энтропия смешения Dc системы полимер-р-ритель рассчитывалась на основе решеточной модели (см. Жидкость),согласно к-рой жидкость м. б. представлена квазирешеткой, в каждой ячейке к-рой может помещаться либо молекула р-рителя, либо равный ей по размерам участок макромолекулы, что связано с конкретной конфор-мацией цепи. Соответственно при расчете энтропии смешения Dc принимаются во внимание лишь допустимые кон-формации, а при малой молярной доле полимера в р-ре возможны большие значения Dc. Наличие отличной от нуля теплоты смешения DH _с обусловлено тем, что энергия межмол. взаимод. в чистых в-вах-р-рителе и полимереЧ отличается от энергии взаимод. р-ритель-полимер. Избыточная своб. энергия взаимод., приходящаяся на одну молекулу р-рителя в Р. п., характеризуется полуэмпирич. параметром Флори-Хаггинса c,к-рый для данной пары полимер — р-ритель является ф-цией т-ры. С параметром X связан второй вириальный коэф. А ₂ разложения осмотич. давления р-ра в ряд по концентрации, позволяющий оценить «качество» р-рителя. Если контакты полимер — полимер и р-ритель — р-ритель энергетически менее выгодны, чем контакты полимер-р-ритель, коэф. А ₂ >0, р-ритель считается хорошим. Р-рители с А ₂ <0 считаются плохими, р-ри-мость полимера в них ограничена. При А ₂= 0 р-ритель наз. квазиидеальным или q-растворителем, а т-ра, при к-рой положит. энтальпия смешения компенсируется возрастанием энтропии, является q-точкой. Для Р. п. q-точка аналогична точке Бойля для реальных газов (см. Вириальное уравнение).
Для жесткоцепных полимеров (напр., при длине жесткого сегмента 10 нм и выше) наблюдается ухудшение р-римости сравнительно с гибкоцепными полимерами, совместимость компонентов Р. п. часто достигается за счет сильных взаимод. полимер-р-ритель. Р-римость полимера повышается при наличии у макромолекул подвижных боковых групп атомов. Р-ры жесткоцепных полимеров изотропны лишь при концентрации ниже нек-рой критической, при повышении концентрации на диаграмме р-римости наблюдается узкая область двухфазного состояния, а затем состояние полимерного жидкого кристалла (рис. 2). В изотропных Р. п. вязкость сильно возрастает с концентрацией, в жидких кристаллах макромолекулы ориентационно упорядочены, что обеспечивает уменьшение вязкости.
Рис. 2. Равновесная кривая сосуществования фаз в системе полимер ^р-ритель. По осям отложены концентрация полимера си т-ра Т. Буквами И и А обозначены области существования изотропного и анизотропного р-ров соответственно.

Биол. макромолекулы (белки, нуклеиновые к-ты) и их модели (полипептиды, полинуклеотиды) в р-рах могут иметь специфич. конформации, стабилизированные внутри-мол. взаимодействием . Так, нативные глобулярные конформации белков в водном р-рителе стабилизированы водородными связями и гидрофобными взаимодействиями неполярных групп атомов. Полярные группы на пов-сти глобулы обеспечивают ее р-римость. При изменении состава и св-в р-рителя, рН и ионной силы р-ра или при изменении т-ры происходят внутримол. конформац. переходы типа спираль-клубок и глобула-клубок, что приводит к резкому изменению всех св-в Р. п.

Лит.: Цветков В. Н., Эскин В. Е., Френкель С. Я., Структура макромолекул в растворах, М., 1964; Папков С. П., Равновесие фаз в системе полимер-растворитель, М., 1981; Жен П.-Ж., Идеи скейлинга в физике полимеров, пер. с франц., М., 1982. Т. М. Бирштейн.

Химическая энциклопедия. — М.: Советская энциклопедия.
Под ред. И. Л. Кнунянца.
1988.

Полимерцементные растворы

Категория: Выбор стройматериалов

Полимерцементные растворы

У обычных цементных растворов, как и у растворов на других минеральных вяжущих, есть ряд существенных недостатков: низкая прочность при растяжении и изгибе; малая деформативность и низкая ударная стойкость; недостаточная адгезия к другим строительным материалам; невысокая стойкость к истиранию, причем при истирании растворов образуется много пыли.

Чтобы уменьшить или ликвидировать эти недостатки, в растворы на минеральных вяжущих вводят полимерные добавки в количестве 2…30% от массы цемента. Такие растворы называют полимерцементными (если их получают на основе других минеральных вяжущих, например гипсовых, то соответственно они называются полимергипсовые и т. д.).

Полимерные добавки вводят также и в обычные растворы, но в очень малых количествах (менее 1% от массы цемента) с целью пластификации или гидрофобизации раствора. В отличие от таких растворов в полимерцементных растворах полимер влияет на физико-химические процессы твердения минерального вяжущего и существенно изменяет структуру затвердевшего раствора, входя в него в виде самостоятельной фазы.

Полимер может быть введен в растворную смесь в виде водного раствора; в таком случае количество полимера обычно не превышает 3. . .5% от массы цемента. Это объясняется тем, что органические вещества, в том числе и полимеры, растворенные в воде затворения, замедляют гидратацию минеральных вяжущих тем больше, чем больше концентрация органического вещества.

Значительно чаще используют водные дисперсии нерастворимых в воде полимеров, например поливинилацетатную дисперсию (ПВАД) и латексы синтетических каучуков (СК). В виде дисперсий можно ввести 10…20% полимера (от массы цемента). При таких значительных количествах полимера полимерцементные растворы существенно отличаются от растворов на чистых минеральных вяжущих, но при этом нерастворимый в воде полимер не столь сильно замедляет гидратацию минерального вяжущего, как водорастворимый.

При введении полимерных дисперсий в растворную смесь может произойти коагуляция (створаживание) дисперсии, при этом необратимо теряются свойства полимерцементного раствора. Для предотвращения этого в большинстве случаев необходимо применять стабилизаторы — поверхностно-активные вещества, например ОП-7, ОП-Ю, или некоторые электролиты, например жидкое стекло. Хорошо совмещается с минеральным вяжущим без введения дополнительного стабилизатора лишь пластифицированная дисперсия ПВА. В остальных случаях дисперсии необходимо проверять на совместимость с тестом вяжущего. При этом необходимо учитывать, что избыток водорастворимых стабилизаторов отрицательно влияет на гидратацию минеральных вяжущих.

Полимерцементные смеси из-за присутствия поверхностно-активных веществ, которые, как правило, являются хорошими пенообразователями, характеризуются способностью вовлекать воздух в растворную смесь. При этом воздух находится в растворной смеси в виде мельчайших пузырьков и его объем может достигать 30% от объема раствора.

Полимерные добавки способствуют более равномерному распределению пор в объеме раствора и резкому уменьшению их размеров. Если в обычном цементном растворе встречаются поры размером более 1 мм и наибольшее количество пор имеет размеры 0,2…0,5 мм, то в полимерцементном растворе размер пор не превышает 0,5 мм, а размер большинства (90…95%) пор меньше 0,2 мм.

Растворные смеси с вовлеченным воздухом отличаются высокой пластичностью и хорошей удобоукладываемостью при меньшем содержании воды, чем в обычных растворах. Кроме того, многие полимерные добавки обладают пластифицирующим действием. Оба этих фактора (воздухововле- чение и пластификация) необходимо учитывать при дозировке воды затворения в полимерцементных растворах. Мелкая замкнутая пористость полимерцементных растворов повышает их водонепроницаемость и морозостойкость.

Повышенная адгезия полимерцементных растворов объясняется тем, что при нанесении раствора на основание полимер концентрируется на границе раздела и служит как бы клеевой прослойкой между основанием и раствором. Адгезия зависит от вида полимера и повышается с увеличением ei’o содержания. Повышенные адгезионные свойства полимерцементных связующих проявляются только при твердении в воздушно-сухих условиях. При твердении в воде адгезия не увеличивается даже при высоком содержании полимера из-за растворения в воде стабилизаторов, входивших в состав дисперсии. Кроме того, некоторые полимеры, например поливинилацетат, набухая в воде, изменяют свои свойства.

Высокие адгезионные свойства полимеров сказываются не только на сцеплении с другими материалами, но и изменяют механические свойства самого раствора. Прослойки полимера, связывая минеральные составляющие раствора, повышают его прочность при растяжении и изгибе. Модуль упругости полимера в 10 раз ниже, чем у цементного раствора, поэтому полимерцементный раствор более деформати- вен, чем обыкновенный. Так, одни и те же деформации у полимерцементного раствора с добавкой 10…15% от массы цемента бутадиенстирольного латекса возникают при напряжениях в 2…3 раза более низких, чем у обычного цементного раствора.

Отсюда следует, что при равном значении деформаций усадки скалывающие напряжения в зоне контакта полимерцементного раствора с другим материалом (отделываемая поверхность, облицовка) будут в два-три раза меньше, чем у обычного цементного раствора. Второе важное следствие уменьшения модуля упругости и повышенной деформатив- ной способности полимерцементных растворов — повышение их прочности при ударных нагрузках.

Введение в раствор полимера в количествах более 7…10% от массы цемента вызывает заметное увеличение усадки при твердении. Однако при этом одновременно возрастает и деформативность раствора, поэтому по трещиностойкости полимерцементные растворы не уступают обычным, а иногда и превосходят их.

Присутствие полимера в цементном растворе изменяют его влагоотдачу: такие растворы медленнее высыхают, что благоприятно сказывается на твердении цемента.

Перечисленные выше свойства полимерцементных растворов обеспечивают повышенную прочность крепления облицовочных материалов полимерцементными растворами. Если для цементно-песчаных растворов прочность сцепления с керамическими плитками достигает максимума в 7…9-суточном возрасте, после чего уменьшается к 28-суточному возрасту в 5…6 раз, то для полимерцементных растворов характерно достижение максимума на 9…10-е сутки и отсутствие ее снижения в дальнейшем. Прочность крепления плитки полимерцементным раствором в 28-суточном возрасте почти в 20 раз больше прочности крепления цементно- песчаным раствором. Это свойство полимерцементных растворов обусловило их широкое применение в качестве прослойки при облицовке поверхностей.

Для крепления внутренней облицовки рекомендуется следующий состав поливинилацетатцементного раствора (мае. ч.): портландцемент марок 400, 500 — 1; непластифицирован- ная дисперсия ПВА — 0,2…0,3; кварцевый песок — 3; хлористый кальций — 0,01. Воду добавляют в количестве, необходимом для получения растворной смеси требуемой консистенции, т. е. подвижностью 5…6 см. При подборе количества воды затворения следует помнить, что добавка ПВА повышает подвижность смеси и поэтому В/Ц берется несколько меньше, чем для обычных цементных растворов.

Для крепления плиток в помещениях с повышенной влажностью и для наружной облицовки рекомендуется раствор с бутадиенстирольным латексом (мае. ч.): портландцемент марок 400, 500—1; латекс СКС-65ГП — 0,2. . .0,3; кварцевый песок — 3; стабилизатор — 0,01…0,02.

Для предотвращения коагуляции при смешивании с цементом и заполнителями латексы стабилизируют. Коагуляция латекса вызывает потерю подвижности растворной смеси и делает ее непригодной к использованию. В качестве стабилизатора применяют поверхностно-активное вещество ОП-7 или ОП-Ю или смесь вещества ОП-7 (ОП-Ю) и казеи- ната аммония, взятых в соотношении 1:1.

Казеинат аммония получают, растворяя казеин в водном растворе аммиака. Специально для строительных целей выпускается стабилизированный по отношению к цементу бутадиенстирольный латекс СКС-65ГП Б (индекс Б указывает на то, что латекс стабилизирован по отношению к цементу).

Проверяют совместимость (отсутствие коагуляции) латекса в цементном тесте следующим образом. Готовят латекс- цементное тесто с В/Ц=0,4 при соотношении латекс : цемент Л/Ц=0,1 (по сухому остатку). Например, 20 г латекса и 30 г воды перемешивают со 100 г цемента. Если в течение 2 ч в смеси не наблюдается коагуляции латекса, то латекс стабилизирован по отношению к цементу. В противном случае необходимы лабораторные испытания латекса, где определяют вид и количество стабилизирующей добавки.

Полимерцементные растворы для устройства покрытий полов характеризуются повышенным сопротивлением истиранию и не образуют пыли при износе. Обычно для таких растворов применяют дисперсию ПВА или бутадиенстиролькые латексы. Добавка латекса в количестве 15…20% от массы цемента снижает истираемость раствора в 4…5 раз, добавка дисперсии ПВА — примерно в 3 раза. Дальнейшее увеличение добавки полимера мало меняет истираемость и приводит к удорожанию покрытия. Оба полимера незначительно изменяют цвет раствора, что позволяет применять их не только в цветных цементно-песчаных растворах, но и в террацевых, строго соблюдая дозирование всех составляющих.

Не следует применять добавки ПВАД и СКС-65ГП в растворах для полов, подвергающихся действию масла и нефтяных продуктов, а также при влажных условиях эксплуатации (кратковременное действие воды не влияет на свойства полимерных покрытий полов).

Благодаря высоким эксплуатационным качествам полимерцементные растворы применяют и в штукатурных работах. Штукатурки из латексно-цементных составов дают непылящую поверхность покрытия, обладают высокой коррозионной стойкостью. Полимерцементные растворы необходимо применять при разделке рустов между панелями перекрытий и выравнивании дефектных мест бетонных стен и перекрытий. Для гипсобетонных поверхностей следует применять гипсополимерные составы.

Для лучшего сцепления поливинилацетатцементных растворов бетонные поверхности предварительно огрунтовы- вают 10…7%-ным раствором ПВАД.

Практика показала эффективность применения полимерцементных стяжек под монолитные полы. В качестве полимерной добавки в них используются водные дисперсии ла- тексов СКС-65ГП, ДВХБ-70 и ПВАД.

В отделочных работах широко используют гипсополимер- цементные растворы на основе гипсоцементнопуццоланового вяжущего и водных дисперсий полимеров (ПВАД или ла- тексов синтетических каучуков). Такие растворы применяют для наружного и внутреннего оштукатуривания, но наибольший эффект достигается при использовании в декоративных растворах и мастичных составах для отделки фасадов; используют их также при устройстве выравнивающего слоя под рулонные покрытия и для крепления керамических и стеклянных плиток.

В гипсополимерцементные растворы вводят: латекса СКС-65ГП — 10. . .15%, дисперсии ПВА — 15…20% от массы цемента. Добавка полимеров в указанных количествах повышает механическую прочность растворов более чем в два раза. Добавка ПВАД увеличивает морозостойкость раствора в 6. . .7 раз, а латекса СКС-65ГП — в 8…9 раз. Полимерные добавки, оказывая пластифицирующее действие, позволяют увеличить степень наполнения растворов при сохранении достаточно высоких физико-механических показателей.

Водовяжущее отношение растворов находится в пределах 0,4. . .0,55 и мастичных составов 0,8…0,9.

Для отделки фасадов рекомендован следующий состав раствора на гипсополимерцементном вяжущем веществе (мае. ч.): гипсовое вяжущее — 54…57; портландцемент белый — 35…38; высокоактивная минеральная добавка (белая сажа) — 2…4; стеарат кальция — 0…2; пигменты — 0…5; кварцевый песок — 300…500; водная дисперсия ПВАД или СКС-65ГП (в пересчете на сухое вещество) — 10…20; вода — до требуемой консистенции.

В заводских условиях приготовляют смесь сухих компонентов (составляющих ГПЦВ, пигментов, гидрофобной добавки) и отдельно раствор водной дисперсии полимера с включением необходимых добавок. На объекте составы приготовляют, тщательно перемешивая сухую смесь с водной дисперсией полимера. Для того чтобы задержать начало схватывания, в смесь при перемешивании вводят 2%-ный клеевой замедлитель или фосфат натрия. Такой состав при нормальной температуре годен к употреблению в течение 4. ..6ч.

Для оштукатуривания внутренних поверхностей, эксплуатируемых при влажности до 60%, применяют сухие гипсовые штукатурные смеси (СГШС). Их можно наносить на кирпичные, деревянные, каменные, бетонные и гипсобе- тонные поверхности. Штукатурка, выполненная из СГШС, высыхает под окраску в 2…3 раза быстрее, чем из растворов на цементе и извести.

Сухие гипсовые штукатурные смеси получают перемешиванием сухого гипсового вяжущего с комплексной полимерной добавкой. В состав добавки входят смесь полимеров метилцеллюлозы и карбоксилметилцеллюлозы, замедлителя схватывания гипсового вяжущего — три полифосфата натрия, поверхностно-активное вещество и природный кварцевый песок. Комплексную добавку вводят в гипсовое вяжущее в количестве 5% по массе. В качестве заполнителя используют перлитовый песок или вспученный вермикулит. Затворяют СГШС водой на объекте в машине для приготовления и нанесения гипсовых растворов.

Выбор стройматериалов — Полимерцементные растворы

Растворы контактных полимеров

Чем мы можем вам помочь?

Наша цель — быть отзывчивыми, профессиональными и очень умными. Мы работаем с нашими клиентами так, как если бы мы были сотрудниками их компании, делая их проблемы своей проблемой. В SGS Polymer Solutions мы не просто предоставляем данные, мы даем рекомендации, даем советы и составляем полезные отчеты.

Вы готовы предоставить образцы? Если да, помните, что нам требуется заполненная форма представления образцов со всеми поступающими образцами.

* Поля, обязательные для заполнения

Контактная информация:

Страна *
United StatesUnited KingdomAfghanistanAlbaniaAlgeriaAmerican SamoaAndorraAngolaAnguillaAntarcticaAntigua и BarbudaArgentinaArmeniaArubaAustraliaAustriaAzerbaijanBahamasBahrainBangladeshBarbadosBelarusBelgiumBelizeBeninBermudaBhutanBoliviaBosnia и HerzegovinaBotswanaBouvet IslandBrazilBritish Индийский океан TerritoryBrunei DarussalamBulgariaBurkina FasoBurundiCambodiaCameroonCanadaCape VerdeCayman IslandsCentral африканских RepublicChadChileChinaChristmas IslandCocos (Килинг) IslandsColombiaComorosCongoCongo, Демократическая Республика TheCook IslandsCosta RicaCote D’ivoireCroatiaCubaCyprusCzech RepublicDenmarkDjiboutiDominicaDominican RepublicEcuadorEgyptEl SalvadorEquatorial GuineaEritreaEstoniaEthiopiaFalkland (Мальвинских) островах Фарерских IslandsFijiFinlandFranceFrench GuianaFrench PolynesiaFrench Южный TerritoriesGabonGambiaGeorgiaGermanyGhanaGibraltarGreeceGreenlandGrenadaGuadeloupeGuamGuatemalaGuineaGuinea-bissauGuyanaHaitiHeard Остров и острова Макдональд Святое море (Ватикан) ) HondurasHong KongHungaryIcelandIndiaIndonesiaIran, Исламская Республика ofIraqIrelandIsraelItalyJamaicaJapanJordanKazakhstanKenyaKiribatiKorea, Корейская Народно-Демократическая Республика ofKorea, Республика ofKuwaitKyrgyzstanLao Народная Демократическая RepublicLatviaLebanonLesothoLiberiaLibyan Арабская JamahiriyaLiechtensteinLithuaniaLuxembourgMacaoMacedonia, бывшая югославская Республика ofMadagascarMalawiMalaysiaMaldivesMaliMaltaMarshall IslandsMartiniqueMauritaniaMauritiusMayotteMexicoMicronesia, Федеративные Штаты ofMoldova, Республика ofMonacoMongoliaMontenegroMontserratMoroccoMozambiqueMyanmarNamibiaNauruNepalNetherlandsNetherlands AntillesNew CaledoniaNew ZealandNicaraguaNigerNigeriaNiueNorfolk IslandNorthern Mariana IslandsNorwayOmanPakistanPalauPalestinian край, OccupiedPanamaPapua Новый GuineaParaguayPeruPhilippinesPitcairnPolandPortugalPuerto RicoQatarReunionRomaniaRussian FederationRwandaSaint HelenaSaint Киттс и НевисСент-ЛюсияСент-Пьер и МикелонСент-Винсент и ГренадиныСамоаСан-Марино Сан-Том и PrincipeSaudi ArabiaSenegalSerbiaSeychellesSierra LeoneSingaporeSlovakiaSloveniaSolomon IslandsSomaliaSouth AfricaSouth Джорджия и Южные Сандвичевы IslandsSouth SudanSpainSri LankaSudanSurinameSvalbard и Ян MayenSwazilandSwedenSwitzerlandSyrian Arab RepublicTaiwan, Республика ChinaTajikistanTanzania, Объединенная Республика ofThailandTimor-lesteTogoTokelauTongaTrinidad и TobagoTunisiaTurkeyTurkmenistanTurks и Кайкос IslandsTuvaluUgandaUkraineUnited арабского EmiratesUnited KingdomUnited StatesUnited Внешний Малые IslandsUruguayUzbekistanVanuatuVenezuelaViet NamVirgin остров, BritishVirgin остров, U.С. Уоллис и Футуна, Западная Сахара, Йемен, 9000 5.

Полимерный раствор | Статья о растворе полимеров в The Free Dictionary

— однородная, термодинамически стабильная и молекулярно-дисперсная смесь полимеров и жидкостей с низким молекулярным весом. Изучение оптических, электрических и гидродинамических свойств разбавленных растворов полимеров, в которых макромолекулы отделены друг от друга, дает количественную информацию о молекулярной массе и молекулярно-массовом распределении растворенного полимера, а также о размерах, форме и размерах. и жесткость макромолекул.

Увеличение межмолекулярного взаимодействия с увеличением концентрации приводит к появлению трехмерной сети связей в растворах полимеров и, в конечном итоге, к образованию геля и образованию флуктуирующих или стабильных агрегатов различных форм, которые могут приближаться к размерам коллоидные частицы. Границы, разделяющие растворы полимеров, гели и коллоидные системы, произвольны, и определение таких границ может зависеть от метода исследования. Растворимость полимеров зависит от химической структуры их цепей, природы растворителя и температуры.

Гибкость макромолекул приводит к независимому движению отдельных молекулярных сегментов в растворах полимеров, что отражается в таких свойствах, как резкое увеличение количества частиц растворенного вещества по сравнению с истинным содержанием растворителя. Таким образом, растворы полимеров характеризуются очень высокой вязкостью, сильной концентрационной зависимостью вязкости и рядом термодинамических аномалий по сравнению с растворами соединений с низкой молекулярной массой. Из-за низкой скорости диффузии макромолекул наблюдается очень медленное приближение к равновесному состоянию при перемешивании, и образование растворов полимеров происходит через стадию набухания полимера.Полимерные растворы обладают вязкоупругими свойствами, тогда как концентрированные полимерные растворы, как и каучуки, способны к высокоэластичной деформации.

Растворы полимеров используются для производства волокон, пленок, клеев, лаков, красок и других изделий из полимерных материалов. Введение в полимер небольших количеств растворителя (пластификатора) снижает температуру стеклования, температуру текучести и вязкость расплава.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Тагер, А.А. Физико-химия полимеров , гл. 13–17, 2-е изд. М., 1968.
Цветков В. Н., Эскин В. Е., Я. Я. Френкель. Структура макромолекул в растворах . Москва, 1964.
Моравец, Х. Макромолекулы в растворах . Москва, 1967. (пер. С англ.).
Папков С.П. Физико-химические основы производства искусственных и синтетических волокон . Москва, 1972.

Большая Советская Энциклопедия, 3-е издание (1970-1979). © 2010 The Gale Group, Inc.Все права защищены.

.

раствор полимера — это … Что такое раствор полимера?

.{2} \ ldots

Эти вириальные коэффициенты зависят от взаимодействий между молекулами растворенного вещества, в нашем случае молекулами полимера.

Полимерные перекрытия также создают «осмотическое давление».

Это осмотическое давление изменяет конфигурацию полимера, следовательно, его размер в растворе.

Вернуться к темам.

Самовзаимодействие полимеров и качество растворителя

Вириальные коэффициенты являются функцией парных потенциалов полимера в растворе:

<математика> b_ {2} \ Equiv \ frac {1} {2} \ int {\ left (1- \ exp \ left (- \ frac {U \ left ( r \ right)} {kT} \ right) \ right) d ^ {3} r}

Второй вириальный коэффициент для полимеров трудно вычислить.
В хороших растворителях коэффициент — это, по сути, исключенный объем.
Если размер полимера принять за радиус вращения (от рассеяния):

$\backslash \; frac\; \{b\_\; \{2\}\}\; \{R\_\; \{g\}\; ^\; \{3\}\}\; =\; 4.75\; \backslash \; пм\; 0,5$

Вернуться к темам.

Эффекты растворителя и полимера — параметр «Чи» Флори

Первая модель самоуничтожающегося полимера представляет собой баланс исключенного объема, разрывающего полимер, с уменьшением энтропии с расширением. Это привело к масштабированию Флори :

$r\; \backslash \; sim\; aN\; ^\; \{\{3\}\; /\; \{5\}\; \backslash ;\}$

A Вторая модель должна уравновесить исключенный объем, разделяющий полимер, с мерой взаимодействия полимер-растворитель.{{1} / {2} \;} . Это состояние известно как тета-состояние. $\backslash \; chi>\; \{1\}\; /\; \{2\}\; \backslash ;$: полимерная цепь схлопывается, образуя компактную глобулу.

Вернуться к темам.

Электростатические взаимодействия — длина Бьеррума и длина Дебая

Полимерные цепи с фрагментами заряда одного знака по длине расширяются. Возникает резонный вопрос: насколько сильно отталкивание? Первый ответ — рассмотреть масштаб, то есть длину электростатического отталкивания.{2} \ ldots

Осмотическое давление почти идеальное, пока член второго порядка не станет равным единице.

$c\; *\; =\; \backslash \; frac\; \{1\}\; \{b\_\; \{2\}\}$

c * называется концентрацией перекрытия .Даже при такой концентрации раствор почти полностью состоит из растворителя.

c * также проявляется в зависимости вязкости от концентрации:

Чуть выше c *, называемого полуразбавленным режимом , полимеры в растворе перекрываются, но взаимодействуют только тонко,

Хорошая презентация полуразбавленного режима
www.ims.uconn.edu/~avd/courses/chargedPolymers/Part3.ppt

Вернуться к темам.

Полуразбавленный режим — взаимодействие капель

Выше c * полимерные цепи находятся в контакте, хотя и с незначительным взаимодействием.По мере увеличения концентрации полимеры образуют цепочки случайных катушек, называемых « капель» .

Концентрация полимера в каждой капле такая же, как и общая концентрация полимера в контейнере, поскольку капли заполняют пространство.

Капли из одной цепочки распределяются случайным образом, так что капли в цепочке с такой же вероятностью взаимодействуют с каплями для других цепочек, как и с каплями в той же цепочке.

Простая модель:

• Взаимодействие блобов в одной цепочке не имеет значения.{-3}

  ---

  Вернуться к темам.

  Корреляционные длины и капли

  Пусть $c\; \_\; \{\backslash \; max\}$ будет концентрацией (плотностью) полимера, когда весь растворитель исчез.

  Объемная доля перекрытия составляет: $\backslash \; varphi\; *\; \backslash \; Equiv\; \backslash \; frac\; \{c\; *\}\; \{c\; \_\; \{\backslash \; max\}\}$. Обычно это порядка 1%.

  Идея состоит в том, что около c * полимеры начинают вытесняться на своих внешних краях.{d-D} \ text {} r \ ll R

  A зависит от полимера и растворителя.

  Локальная плотность максимальна при r = 0 и уменьшается от этого значения.

  Примерно r расстояние, называемое длиной корреляции, $\backslash \; xi\; \_\; \{\backslash \; varphi\}$:

  <математика> \ left \ langle \ varphi \ left (\ xi _ {\ varphi} \ right) \ right \ rangle _ {0} = \ varphi < / math>

  $\backslash \; xi\; \_\; \{\backslash \; varphi\}\; =\; A\; \backslash \; varphi\; ^\; \{\{-1\}\; /\; \{\backslash \; left\; (dD\; \backslash \; right)\}\; \backslash ;\}$

  Меньше $\backslash \; xi\; \_\; \{\backslash \; varphi\}$ полимер мало подвержен влиянию других цепей.{{9} / {4} \;}

  ---

  Вернуться к темам.

  Полимеры на поверхностях

  Полимерные цепи, связанные с поверхностями, могут изменять взаимодействие между поверхностями. Например, они могут стабилизировать коллоидные дисперсии.

  На этом изображении показаны два способа связывания полимеров с поверхностями. На рисунке а полимеры адсорбируются на поверхности, что означает, что они соединены с поверхностью в нескольких точках вдоль поверхности полимера. Этот метод называется «Физисорбция».Обычно он используется для избирательной адсорбции одного блока диблок-сополимера на поверхность. Поверхность выбирается так, чтобы максимизировать предпочтительную адсорбцию одного блока на твердую поверхность, в то время как растворитель выбирается таким образом, чтобы предпочтительно взаимодействовать с другим блоком. Недостатком этого метода может быть нестабильность при определенных условиях растворителя и температуры, а также смещения, вызванные другими адсорбентами.
  На рисунке b показаны полимеры, которые физически или химически прикреплены к концу. Полимеры, прикрепленные таким образом, образуют полимерную щетку.Часто такие щетки содержат относительно высокие плотности полимерных цепей. Взаимодействие между отдельными цепочками заставляет каждую цепочку расширяться. Двумя распространенными методами «хемосорбции» для создания этого типа полимеров являются методы «прививки» и «прививки из». «Прививка» включает химическую реакцию предварительно сформированных функционализированных полимеров с поверхностями, содержащими дополнительные функциональные группы. Некоторыми преимуществами являются простой синтез и более точная характеристика предварительно сформованных полимеров. «Прививка из» включает полимеризацию in situ поверхности, функционализированной инициатором, с мономером.Недостатки этого метода могут включать осложнения из-за ограничения покрытия поверхности инициатора, эффективности инициатора и скорости диффузии мономера к активным центрам полимеризации.

  Эта ссылка содержит интересную симуляцию движения отдельных цепей в полимерной щетке. Обратите внимание на степень удлинения отдельных цепей. http://www.lassp.cornell.edu/marko/thinlayer.html

  Одной из текущих целей исследований полимерных кистей является создание поверхностей с переключаемыми свойствами.{2}} = \ frac {kT \ rho _ {2}} {6 \ pi \ eta r} v Решение: $v\; \backslash \; left\; (z\; \backslash \; right)\; =\; v\; \backslash \; left\; (0\; \backslash \; right)\; \backslash \; exp\; \backslash \; left\; (-\; \backslash \; frac\; \{z\}\; \{\backslash \; xi\; \_\; \{h\}\}\; \backslash \; right)$ длина грохота составляет: $\backslash \; xi\; \_\; \{h\}\; =\; \backslash \; sqrt\; \{\backslash \; frac\; \{2r\}\; \{9\; \backslash \; Phi\}\}$

  ---

  Вернуться к темам.

  Диффузия в полуразбавленном режиме

  Диффузия возникает из-за градиента плотности:	$\backslash \; frac\; \{\backslash \; partial\; \backslash \; varphi\}\; \{\backslash \; partial\; t\}\; =\; \backslash \; zeta\; \_\; \{c\}\; \backslash \; nabla\; ^\; \{2\}\; \backslash \; varphi$
  Для независимых частиц имеем уравнение Эйнштейна: *	$\backslash \; zeta\; \_\; \{сфера\}\; =\; \backslash \; frac\; \{kT\}\; \{6\; \backslash \; pi\; \backslash \; eta\; \_\; \{s\}\; R\}$
  Разбавленный раствор включает слабо взаимодействующих капель с радиусом:	$\backslash \; xi\; \_\; \{\backslash \; varphi\}\; =\; A\; \backslash \; varphi\; ^\; \{\{-\; 1\}\; /\; \{\backslash \; left\; (d-D\; \backslash \; right)\}\; \backslash ;\}$
  Для d = 3; D = 5/3	$\backslash \; xi\; \_\; \{\backslash \; varphi\}\; \backslash \; simeq\; \backslash \; varphi\; ^\; \{\{-\; 3\}\; /\; \{4\}\; \backslash ;\}$
  И, если предположить, что поток внутри «капли» гидродинамически экранирован:	$\backslash \; zeta\; \_\; \{c\}\; \backslash \; simeq\; \backslash \; frac\; \{kT\}\; \{\backslash \; eta\; \_\; \{s\}\}\; \backslash \; varphi\; ^\; \{\{3\}\; /\; \{4\}\; \backslash ;\}$

  n.б. Никакой зависимости от МВт!

  • Красивый вывод см. Witten, p. 90f: Броуновское движение сферы.

  ---

  Вернуться к темам.

  Сравнение диффузионных процессов

  Броуновское движение : объекты движутся из-за тепловых колебаний. Движения случайны во времени. Долговременное поведение зависит только от среднеквадратичного смещения для отдельных шагов.{2} p \ left (n, r \ right)

  (* Раздел 4.3.1 в Witten — потрясающее, подробное описание броуновского движения. Нам нужно поработать над ним когда-нибудь. В следующем семестре?)

  ---

  Вернуться к темам.

  Три типа диффузии в размерах d

  Кол-во	Полимер случайного блуждания	Рассеивающиеся частицы	Рассеивающий импульс
  Зависимая переменная	Вероятность:	Плотность частиц:	Плотность импульса:
  	$p\; \backslash \; left\; (n,\; r\; \backslash \; right)$	$\backslash \; rho\; \backslash \; left\; (r\; \backslash \; right)$	$\backslash \; rho\; \_\; \{s\}\; \backslash \; vec\; \{\backslash \; nu\}$
  Независимая переменная	Номер мономера, n	Время, т	Время, т
  Постоянная материала		Константа диффузии:	Кинематическая вязкость:
  	$\backslash \; frac\; \{\backslash \; left\; \backslash \; langle\; r\; ^\; \{2\}\; \backslash \; right\; \backslash \; rangle\; \_\; \{1\}\}\; \{6\}$	$\backslash \; zeta$	$\backslash \; frac\; \{\backslash \; eta\}\; \{\backslash \; rho\}$
  Уравнение	$\backslash \; frac\; \{\backslash \; partial\; p\}\; \{\backslash \; partial\; n\}\; =\; \backslash \; frac\; \{\backslash \; left\; \backslash \; langle\; r\; ^\; \{2\}\; \backslash \; right\; \backslash \; rangle\; \_\; \{1\}\}\; \{6\}\; \backslash \; nabla\; ^\; \{2\}\; p$	$\backslash \; frac\; \{\backslash \; partial\; \backslash \; rho\}\; \{\backslash \; partial\; t\}\; =\; \backslash \; zeta\; \backslash \; nabla\; ^\; \{2\}\; \backslash \; rho$	$\backslash \; frac\; \{\backslash \; partial\; v\_\; \{z\}\}\; \{\backslash \; partial\; t\}\; =\; \backslash \; frac\; \{\backslash \; eta\}\; \{\backslash \; rho\}\; \backslash \; nabla\; ^\; \{2\}\; v\_\; \{z\}$
  Среднее расстояние от точечного источника	$\backslash \; left\; \backslash \; langle\; r\; ^\; \{2\}\; \backslash \; right\; \backslash \; rangle\; \_\; \{1\}\; n$	$6\; \backslash \; zeta\; t$	$6\; \backslash \; frac\; \{\backslash \; eta\}\; \{\backslash \; rho\}\; t$

  (Виттен, таблица 4.1)

  ---

  Как полимеры ведут себя в разбавленных растворах

  До сих пор мы видели факторы, влияющие на растворимость макромолекул, как с физической, химической, так и с термодинамической точек зрения. Что же происходит с этими макромолекулами, когда они растворяются? Из-за большого количества атомов углерода, связанных вместе, образующих длинную цепь, полимеры обычно могут принимать множество конформаций. Эти конформации возникают из-за многочисленных внутренних вращений, которые могут происходить через простые связи C-C, в результате чего возникает ряд вращательных изомеров.Тем не менее, хотя вращение каждой связи может порождать разные конформации, из-за энергетических ограничений не все из них имеют одинаковую вероятность возникновения. В таком случае в растворе преобладают наиболее стабильные конформации, такие как белки и нуклеиновые кислоты, то есть в основном в биополимерах. Однако, в частности, синтетические полимеры могут демонстрировать большое количество возможных конформаций, и даже несмотря на то, что эти конформации имеют разную энергию, различия достаточно малы, так что цепи могут изменяться от одной конформации к другой.Эта особенность придает макромолекулам большую гибкость, и из-за этой гибкости цепи в растворе принимают не линейную форму, а очень характерную форму, известную как случайный клубок.

  На левом изображении представлена ​​модель случайной катушки. Правое изображение изображает цепь C-C с простыми связями и ее пространственное представление.

  Предположим, что C ₁ , C ₂ и C ₃ являются атомами углерода в одной плоскости. В соответствии с этим атом C ₄ может занимать любое место во всем круге, который представляет собой основание конуса, образованного вращением связи E ₃ .Углы таких связей обозначены символом ω, тогда как расположение атома C ₄ определяется внутренним углом поворота λ.

  Для макромолекулы в твердом состоянии угол λ имеет фиксированное значение из-за ограничений сетевой упаковки. Поэтому возможные вращательные изомеры не встречаются. Тем не менее, когда эта макромолекула растворяется, упаковка исчезает, и угол λ может широко варьироваться, вызывая максимумы и минимумы энергии. Таким образом, вероятность достижения различных устойчивых конформаций с каждым минимумом энергии высока.С другой стороны, изменение внутреннего угла поворота связано с изменением энергии, которое, как минимум, невелико. Следовательно, цепи могут свободно перемещаться, принимая такие стабильные конформации. Тот факт, что цепи меняются от одной конформации к другой, также благоприятствует из-за низкой потенциальной энергии системы. Все эти факторы определяют, таким образом, гибкую макромолекулу, и из этих концепций возникает типичная форма случайного клубка.

  Вы можете спросить, останутся ли «форма» или величина случайного клубка такой же после растворения полимера.Вы обнаружите, что ответ будет абсолютно отрицательным и что ситуация будет зависеть не только от типа используемого растворителя, но также от температуры и молекулярной массы. Взаимодействие полимер-растворитель играет важную роль в этом случае, и его величина, с термодинамической точки зрения, будет определяться качеством растворителя. Таким образом, в «хорошем» растворителе, то есть в том растворителе, параметр растворимости которого аналогичен параметру растворимости полимера, силы притяжения между сегментами цепи меньше, чем взаимодействия полимер-растворитель; тогда случайная катушка принимает развернутую форму.В «плохом» растворителе взаимодействия полимер-растворитель не благоприятствуют, и поэтому силы притяжения между цепями преобладают, следовательно, случайный клубок принимает плотную и сжатую конформацию.

  В чрезвычайно «плохих» растворителях взаимодействия полимер-растворитель полностью исключаются, и случайный клубок остается настолько сжатым, что в конечном итоге выпадает в осадок. В этом случае мы говорим, что макромолекула находится в присутствии «нерастворителя».

  Особое поведение, которое полимер проявляет в различных растворителях, позволяет использовать полезный метод очистки, известный как фракционное осаждение.Чтобы лучше понять, как происходит этот процесс, давайте представим полимер, растворенный в «хорошем» растворителе. Если к этому раствору добавить нерастворитель, силы притяжения между сегментами полимера станут выше, чем взаимодействия полимер-растворитель. В какой-то момент перед выпадением осадков будет достигнуто равновесие, при котором ΔG = 0, и, следовательно, ΔH = TΔS, где ΔS достигает минимального значения. Эта точка, в которой взаимодействия полимер-растворитель и полимер-полимер имеют одинаковую величину, известна как θ-состояние и зависит от: температуры, системы полимер-растворитель (где в основном влияет ΔH) и молекулярной массы полимера ( где в основном влияет ΔS).

  Таким образом, можно сделать вывод, что при понижении температуры или качества растворителя достигается разделение полимера на фракции с уменьшающейся молекулярной массой. Любой полимер может достичь своего θ-состояния, выбирая соответствующий растворитель (называемый θ-растворителем) при постоянной температуре или регулируя температуру (называемую θ-температурой или температурой Флори) в данном растворителе.

  Температура θ — это параметр, возникший из теории Флори-Кригбаума. Он используется для расчета свободной энергии смешения раствора полимера с точки зрения химических потенциалов компонентов.Мы продолжим изучать зависимость температуры θ от других важных параметров, которые характеризуют растворенные полимеры.

  Вязкость и рассеяние мощности в сфере Модель

  До сих пор мы анализировали влияние растворителя и температуры на размеры случайной катушки. Однако не менее важно знать, что происходит с вязкостью раствора макромолекул, когда растворитель становится хуже. Рассматривая цепные молекулы как жесткие сферы, когда происходит переход от «хорошего» растворителя к «плохому» растворителю, сферы сжимаются.3} {\ Omega}

  Из уравнения можно заметить, что hs прямо пропорционально объемной доле ф, которую занимают эти сферы. Поскольку с учетом необходимых соображений это рассуждение может быть перенесено на макромолекулы, которые не являются жесткими сферами, можно сделать вывод, что если сегменты сжаты в «плохом» растворителе, вязкость раствора будет меньше. Поэтому вязкость можно регулировать в зависимости от качества растворителя.

  Температура, однако, не влияет на вязкость раствора полимера в относительно «плохом» растворителе.В этом случае следует учитывать, что с увеличением температуры вязкость растворителя (η _с ) уменьшается. Однако, с другой стороны, при повышении температуры молекулам будет передана большая тепловая энергия. Следовательно, эти молекулы будут стремиться расширяться, увеличивая свою объемную долю (ф). Таким образом компенсируются оба эффекта, и по этой причине изменение вязкости из-за повышения температуры незначительно.

  Измерение вязкости в разбавленных растворах макромолекул имеет фундаментальное значение не только для определения молекулярных масс, но также, как мы обсудим позже, для оценки ключевых параметров для понимания конформационных характеристик растворов полимеров.

  ---

  Вернуться к темам.

  .

  No related posts.