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聚合物浸润机理
添加:2015-6-15 15:31:35    游览:1523    来源:

聚合物浸润

  许多聚合物都有吸水而溶胀的特性。聚合物吸收液体的过程叫做“渗透”过程,是由一种分子扩散到由它种分子构成的固体中的过程。在这个过程中,渗透所及之处形成分子混合物。这种混合物的混合相是一种固体,由液体的低分子与固体的高分子构成。在混合中,低分子液体能够以单分子形式扩散到高分子固体中,而高分子固体的大分子却不能从其固体结构中一个个地游离出来。

  这种渗透的结果,有的髙聚物发生溶胀,具有溶胀压,可以达到非常高的值,具有很重要的实际影响。溶胀压决定于溶胀的聚合物中渗入的液体量,这就是为了阻止液体渗透需要施加的压力。如果施加的压力大于溶胀压,液体将被从聚合物中挤出来。

  有些聚合物(如棉花纤维)吸收液体分子,并不一定要和液体发生物理接触,而只要与蒸气状的液体分子接触就行了,这种吸收液体是通过毛细管的引力进行的。与温度及湿度有关。

  有些高聚物,例如纤维素,吸水时伴随着强烈的放热,积放的热叫润湿热。

  聚合物吸水的能力与以下因素有关:

  1)具有类似化学组成的分子有相互吸附、互相自由混合的倾向;相反,具有差别很大的化学组成的分子难于互相吸附。例如苯和低分子量的链烷烃,化学上非常类似,可以很好地互溶。而水和它们在化学上很不相同,水和苯就不发生分子混合。即便混合时摇动,水也总是作为分离相沉在容器底部。

  2)吸水量还取决于聚合物的物理结构。吸水程度大致与无定形结构所占比例相同。研究表明,纤维素吸水时,其微结构保持不变,水只被结构中充定形结构部分所吸收。

  3)与分子链结构有关。聚乙烯与聚丙烯等碳氢化合物,与水以及普通链烷烃材料亲和力极差,因为它们的纤维是疏水性的。尼龙的分子链中含有羊毛及其它蛋白质中含有的CO-NH基团,这类基团具有强烈的吸水性。但是,CO-NH基团在分子链中,与其有固有的疏水性的连续的CH2基团间隔相接,吸水性受到影响,只能微量吸水。特丽纶比尼龙具有更强的碳氢化合物性质,吸水力比尼龙差。

  具有网状结构的高聚物,能吸收大量的液体而溶胀。交联高聚物的溶胀是两种相反趋势的平衡过程:一方面,液体力图渗入交联高聚物内,使体积膨胀,由此引起三向分子网的伸展;另一方面,分子网由于受到应力而产生弹性收缩力,力图收缩,当这两种相反的倾向相互抵消时,就达到溶胀平衡。

  对于溶体的高聚物的渗透,溶解理论中的“极性相近"规律般是适用的。即极性大液体,易于渗入极性大的高聚物中;极性小的液体,易于渗入极性小的高聚物中;非极性的液体,易于渗透非极性的高聚物。这个规律发展的溶解度相近的原则,可以用溶解度参数б定量地表示。

  能够渗透与扩散到固体里去的液体,自然可以润湿该固体表面,可以设想一个液体分子的一部分已经浸入固体内,而其余部分还在固体表面外摇摆的情景。

  至于液体在高聚物表面上的吸附,仍然可以引用上述极性相近规律。例如,油酸酰胺含有一个极性端基和一个靠近分子中央的双键;而聚乙烯是非极性的。只是由于聚乙烯的介电常数比空气的高,油酸酰胺分子才可能在聚乙烯表面被微弱地吸附,以它们活泼的NH基指向表面,而其CH2基则暴露在空气中。又如,尼龙是极性的,极性润滑剂分子能够吸附,但尼龙的极性中心(胺基)之间的距离大,长链极性润滑剂分予就只能在少数几个极性中心上吸附。铜、铁等极性表面上,就可以生成密集的润滑剂分子。

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