Физические методы исследования полимеров. Шестаков А.С. - 75 стр.

UptoLike

Составители: 

75
ределения положено различие в растворимости сорбата в кристаллической
и аморфной фазах. Взаимодействие полимер сорбат ограничено только
аморфными участками, поэтому с уменьшением кристалличности удель-
ный удерживаемый объём (
V
g
)
возрастает. Выше Т
пл
полимер становится
полностью аморфным, при этом диаграмма представляет собой прямую
линию (участок FG). Экстраполяцией её на более низкие температуры на-
ходят удерживаемый объём для идеального аморфного полимера.
Долю аморфной фракции (α
а
) в неподвижной полимерной фазе мож -
но найти по формуле
E
D
а
V
V
=α
,
где
D
V
и
E
V
- соответственно экспериментально определённый и
экстраполированный удерживаемые объёмы при одной и той же
температуре (рис.77).
Степень кристалличности (α) неподвижной полимерной фазы рас-
считывают по формуле
)1(100
E
D
V
V
⋅= α %.
Обращённая газовая хроматография позволяет рассчитать коэффи-
циент диффузии D. Он характеризует степень проницаемости различных
низкомолекулярных веществ через полимерную плёнку . Это особенно
важно, так как полимеры находят широкое применение в качестве защит -
ных покрытий, материалов для изготовления ёмкостей и тары для хране -
ния различных веществ, а также в качестве разделительных мембран. Для
расчёта необходимо измерить ширину симметричного элюционного пика
при различных скоростях газа-носителя. Между шириной пика и свойст -
вами колонки существует следующая зависимость:
ВЭТТ = А + В/v + Cv,
где ВЭТТ высота, эквивалентная теоретической тарелке , v скорость по -
тока газа-носителя в колонке , А, В и С константы, которые можно опре -
делить, построив зависимость ВЭТТ от скорости потока газа-носителя.
Константу С определяют из наклона кривой зависимости ВЭТТ от v, кото-
рая при высоких скоростях становится линейной (B/v 0). Эта константа
характеризует конечное время, необходимое для достижения равновесия в
неподвижной фазе , и зависит от толщины слоя неподвижной фазы (d), ко -
эффициента распределения (К ) и коэффициента диффузии (D). Зная d и К ,
рассчитывают коэффициент диффузии D.
Весьма важным параметром для системы полимер - растворитель яв -
ляется параметр термодинамического взаимодействия Флори-Хаггинса χ
12
.
Это безразмерный параметр равный отношению энергии взаимодействия
полимера с молекулами растворителя и кинетической энергии (kT). Чем
меньше χ
12
, тем более термодинамически устойчивой является система по -
лимер - растворитель, тем лучше данный растворитель растворяет поли-
мер. Имеется некоторое критическое значение параметра
χ
кр
, которое зави-
                                           75
ре де ле нияполож е но различ ие в раст в оримост и сорбат а в крист аллич е ской
и аморфной фазах. В заимоде йст в ие полиме р – сорбат огранич е но т олько
аморфными уч аст ками, поэт ому с уме ньш е ние м крист аллич ност и уде ль-
ный уде рж ив ае мый объ ё м (Vg) в озраст ае т . В ыш е Тпл полиме р ст анов ит ся
полност ью аморфным, при эт ом диаграмма пре дст ав ляе т собой прямую
линию (уч аст окFG). Э кст раполяц ие й е ё на боле е низкие т е мпе рат уры на-
ходят уде рж ив ае мый объ ё м дляиде ального аморфного полиме ра.
        Д олю аморфной фракц ии (αа) в не подв иж ной полиме рной фазе мож -
но найт и по формуле
                                               VD
                                        αа =      ,
                                               VE
где VD и VE - соот в е т ст в е нно экспе риме нт ально опре де лё нный и
экст раполиров анный уде рж ив ае мые объ ё мы при одной и т ой ж е
т е мпе рат уре (рис.77).
        С т е пе нь крист аллич ност и (α) не подв иж ной полиме рной фазы рас-
сч ит ыв аю т по формуле
                                                   VD
                                  α = 100 ⋅ (1 −      ) %.
                                                   VE
        О бращё нная газов ая хромат ография позв оляе т рассч ит ат ь коэффи-
ц ие нт диффузии D. О н характе ризуе т ст е пе нь прониц ае мост и различ ных
низкомоле кулярных в е ще ст в ч е ре з полиме рную плё нку. Э т о особе нно
в аж но, т аккакполиме ры находят ш ирокое приме не ние в кач е ст в е защит -
ных покрыт ий, мат е риалов для изгот ов ле ния ё мкост е й и т ары для хране -
ния различ ных в е ще ст в , а т акж е в кач е ст в е разде лит е льных ме мбран. Д ля
расч ё т а не обходимо изме рит ь ш ирину симме т рич ного элю ц ионного пика
при различ ных скорост ях газа-носит е ля. М е ж ду ш ириной пика и св ойст -
в ами колонки суще ст в уе т сле дую щаязав исимост ь:
                                 В Э ТТ = А + В/v + Cv,
где В Э Т Т – в ысот а, экв ив але нт наят е оре т ич е ской т аре лке, v – скорост ь по-
т ока газа-носит е ля в колонке, А, В и С – конст ант ы, кот орые мож но опре -
де лит ь, пост роив зав исимост ь В Э ТТ от скорост и пот ока газа-носит е ля.
К онст ант у С опре де ляю т из наклона крив ой зав исимост и В Э ТТ от v, кот о-
рая при в ысоких скорост ях ст анов ит ся лине йной (B/v →0). Э т а конст ант а
характе ризуе т коне ч ное в ре мя, не обходимое для дост иж е ниярав нов е сияв
не подв иж ной фазе , и зав исит от т олщины слоя не подв иж ной фазы (d), ко-
эффиц ие нт а распре де ле ния (К ) и коэффиц ие нт а диффузии (D). Знаяd и К ,
рассч ит ыв аю т коэффиц ие нт диффузии D.
        В е сьма в аж ным параме т ром длясист е мы полиме р - раст в орит е ль яв -
ляе т сяпараме т р т е рмодинамич е ского в заимоде йст в ияФ лори-Хаггинса χ12.
Э т о бе зразме рный параме т р рав ный от нош е нию эне ргии в заимоде йст в ия
полиме ра с моле кулами раст в орит е ля и кине т ич е ской эне ргии (kT). Ч е м
ме ньш е χ12, т е м боле е т е рмодинамич е ски уст ойч ив ой яв ляе т сясист е ма по-
лиме р - раст в орит е ль, т е м луч ш е данный раст в орит е ль раст в оряе т поли-
ме р. И ме е т сяне кот орое крит ич е ское знач е ние параме т ра χкр, кот орое зав и-