Полимерлік қоспалар және алу жолдары

1) Полимерлік қоспалар және алу жолдары

2) Полимерлерді араластыру термодинамикасы

Жауап:

Көптеген бұйымдарды бір полимерден емес, бірнеше полимер қоспасынан алуға болады. Мұндай бұйымдардың қасиеттері полимерлердің үйлесімділігіне, қоспаның құрамына, композиттердің қасиеттеріне, араластыру режиміне және технологиялық үдерістерге байланысты.

Үйлесімділік деп әртүрлі полимерлердің белгілі бір жағдайда жаңа механикалық қасиеттерге ие біртекті қоспа түзуін айтады. Бірфазалы және екіфазалы полимерлер қоспасы белгілі, олар бір-бірінен құрамы және қасиеттері бойынша ерекшеленеді.

Полимерлерді араластырудың мынадай тәсілдері белгілі:

• балқу немесе шынылану температураларынан жоғары темпера- турада араластыру;

• ерітіндіге араластырып, сонан соң еріткішті бөлу;

• олигомерлер түрінде араластырып, біртіндеп олардың молекула- лық массасын арттыру.

Полимерлерді араластыру нәтижесінде оларға сан алуан қасиеттер беруге болады: механикалық, реологиялық, жылуфизикалық, диффузиялық және т.б.

Араластыру жаңа полимер алудың ең оңай жолы.

Полимерлерді араластыру термодинамикасы

Тұтқыраққыш күйдегі полимерлерді араластырғанда шын ерітінді немесе көпфазалы қоспа түзілуі мүмкін. Бұл араластыру термодинамикасына байланысты.

Шын ерітіндінің түзілу шартына мына теңсіздіктің орындалуы жатады:

∆G=∆H-T∆S≤0,

мұндағы ∆G − Гиббстің араласу еркін энергиясы; ∆H − араласу жылуы (энтальпия); ∆S − араласу энтропиясы; Т − температура.

Екі полимерді араластырғанда осы шарт орындалса, онда бір- фазалы жүйе түзіледі. Егер ∆G > O болса, екі полимердің қоспасы екіфазалы коллоидтық жүйе береді.

Төмен молекулалық сұйықтар араласқанда, көп жағдайда, жүйенің энтропиясы артады, яғни екі сұйық бір-бірімен үйлесімді, өзара ерулеріне ықпал етеді. Нақты газдардың араласу электропиясы молекулалардың орын алмасуға (қиыстыру) мүмкін болатын санымен анықталады және Гиббс теңдеуі бойынша мынаған тең:

∆S = –R(N1lnN1+ N2lnN2),

мұндағы N − әр компоненттің араласатын молекулалар саны; R − газ тұрақтысы.

Төмен молекулалық сұйықтарға қарағанда полимер молекулалары үлкен, саны аз, осыған сәйкес қоспадағы олардың орын ауыстыратын молекулалар саны да кем болады. Сондықтан екі полимердің комбинаторлы араласу энтропиясының шамасы аз. Полимердің молекулалық массасы неғұрлым жоғары болса, онда араласу энтропиясы ∆S мәні нөльге жуықтайды. Демек, жоғары молекулалық заттардың өзара ерігіштігі негізінен араласу энтальпиясы арқылы анықталады. Оған өз кезегінде молекулааралық әрекеттесу энергиясы әсер етеді.

Полимерлер қоспасы ерітінді түзуі үшін T∆S мәні ∆Н мәнінен үл- кен болуы керек. Сондықтан ∆Н мәнінің оң шамасы минимал болған- ның өзінде полимерлер қоспасы гетерогенді болады. Полимерлер еруі үшін ∆Н мәні теріс немесе нөльге жуықтауы керек. Бұл үшін қоспаның әр текті молекулаларының молекулааралық әсерлесу энергиясы біртекті молекулалармен салыстырғанда жоғары ( Н < О) немесе біртекті және әртекті макромолекулалардың әсерлесу энергиясы тең (∆Н ≈ О) болуы керек. Ионогенсіз заттар үшін жоғарыда келтірілген шарттың орындалу мүмкіндігі аз. Демек, өзара ерігіштікті химиялық құрылымы бір-біріне өте жақын полимерлер жұбы (∆Н ≈ О) немесе өте күшті молекулааралық әсерлесетін (∆Н < О) химиялық топтары бар полимерлерден күтуге болады.

Сонымен, полимерлердің молекулалық массасы өте үлкен болса, оларды араластырып, ерітінді алу мүмкіндігі күрт төмендейді. Эксперименттік зерттеулер көрсеткендей, термодинамикалық үйлесімді немесе өзара толық ерігіш полимерлер жұбы өте аз. Химиялық құрылымы бір-біріне