Набухание и растворение ВМС

В отличие от низкомолекулярных соединений, растворение ВМС происходит не сразу, а постепенно. Взаимодействие полимеров с растворителями начинается с процесса набухания.

Набухание – осмотический процесс, при котором происходит диффузия молекул растворителя в ВМС. Макромолекулы ВМС имеют большой размер, они разветвле-ны и поэтому обладают малой диффузией. В отличие от макромолекул ВМС, небольшие молекулы растворителя очень подвижны, они легко проникают внутрь полимера между цепями макромолекул, сольватируют их и раздвигают цепи макро-молекул. Вследствие этого наблюдается увеличение объема и массы полимера.

Различают ограниченное и неограниченное набухания. Ограниченно набухают те полимеры, в которых макромолекулы связаны между собой ковалентными связями (например, в белках, в резине – дисульфидной связью). Эти связи не позволяют далеко раздвигать цепи при набухании.

У неограниченно набухающих полимеров после полной сольватации и раздвига-нии цепей макромолекулы постепенно переходят (диффундируют) в раствор и набу-хание завершается образованием раствора. Например, неограниченно набухают и растворяются каучук в жидких углеводородах (образуется резиновый клей), глобулярные белки в воде, желатина в горячей воде и др.

Количественной характеристикой набухания служит степень набухания:

a = (m – m₀)/m₀, %

где m₀ и m – масса полимера до и после набухания.

Она может колебаться в широких пределах (от десятков до тысяч %). Например, степень набухания белков соединительных тканей организма составляет ~200% (объем увеличивается в 2 раза). При набухании полимеров их объем увеличивается в 10 – 15 раз и возникает давление набухания, достигающее несколько атмосфер. Набухание белков соединительных тканей позволяет организму регулировать вод-ный обмен, удерживать в тканях необходимый запас воды. Изменение температуры и давления на набухание и растворение полимеров влияют в соответствии с прин-ципом Ле Шателье. С повышением давления (уменьшения объема системы) степень набухания возрастает. Если набухание сопровождается выделением теплоты, то повышение температуры приводит к снижению степени набухания. На набухание влияет и полярность (природа) растворителя. Если полярность полимера и раство-рителя сильно различаются, то набухание и растворение не наблюдается. Например, резина растворяется в бензине, но не взаимодействует с водой и спиртом. Полярные полимеры (целлюлоза, поливиниловый спирт) не взаимодействуют с углеводоро-дами, но хорошо набухают и растворяются в воде. Полистирол (ароматическое соединение) в воде не растворяется, слабо набухает в бензине, хорошо растворяется в ароматических углеводородах (толуоле, ксилоле, бензоле).