Свойства ВМС

Как и низкомолекулярные вещества ВМС обладают избирательной растворимостью, т.е. в одних жидкостях они растворяются в других – нет. Например, каучук растворяется в бензоле, бензине, но не растворяется в воде. Желатин растворяется в оде, но не растворяется в этиловом спирте.

Процесс растворения полимеров протекает в четыре стадии (рис. 5).

Рис. 5. Стадии растворения ВМС

На первой стадии (рис. 5, а), до начала растворения, система состоит из чистого растворителя и полимера. Вторая стадия процесса (рис. 5, б,в) – набухание, заключается в том, что молекулы жидкости, вследствие диффузии, проникают в полимер, раздвигают цепи и разрыхляют полимер. При этом расстояние между молекулами становится больше, и полимер увеличивается в объеме и массе. При этом возможно выделение тепла. При дальнейшем увеличении объема полимера часть молекул с поверхности может переходить в раствор (рис. 5, г).

Набухание полимеров может быть ограниченным и неограниченным. При ограниченном набухании объем и масса полимера, достигая определенных значений, перестают изменяться. Такие ограниченно набухшие полимеры называются студни. Примером ограниченного набухания может быть набухание резины в бензоле, крахмала в теплой воде. При неограниченном набухании нет предела увеличению массы и объема. При увеличении расстояния между молекулами полимера в какой-то момент они начинают отрываться от поверхности и переходить в раствор, т.е. неограниченное набухание переходит в растворение. Примеры – набухание белка в воде и солевых растворах.

Набухание также как и растворение носит избирательный характер. Оно зависит от природы полимера и растворителя. Полимеры к.п. набухают в жидкостях подобных им по химическому строению. Например, если молекула полимера содержит полярные (заряженные) группы, то и набухать этот полимер будет в полярном растворителе, например воде, спиртах (белки). Если полимер неполярный, то он набухает в неполярных жидкостях – бензоле, керосине, бензине (каучук).

Скорость набухания зависит от температуры. С повышением температуры возрастает скорость диффузии и, следовательно, скорость набухания. Например, желатин и агар-агар в холодной воде набухают ограниченно, а при нагревании – неограниченно и растворяются.

На скорость набухания влияет и степень измельчения полимера. Чем больше измельчение, тем выше скорость набухания, так как увеличивается площадь поверхности соприкосновения полимера и растворителя. Это используют в кулинарной практике. Измельченные продукты быстрее набухают и развариваются.

На степень и скорость набухания также влияет возраст полимера. Особенно это выражено для белков. Чем меньше возраст полимера, тем больше степень набухания и его скорость. Например, свежеприготовленные сухари, галеты, баранки хорошо впитывают воду и набухают, а после длительного хранения эта способность снижается.

Набухание зависит от рН среды. Для белков максимальное набухание происходит при рН<7 (кислая среда). Это используют в кулинарии, добавляя кислоту при приготовлении мяса, слоеного теста.

Способность полимеров к набуханию выражается степенью набухания:

где α – степень набухания, %; m₁ – масса полимера до набухания; m₂ – масса полимера после набухания.

Увеличиваясь при набухании в объеме, полимеры оказывают давление на окружающую среду (например, стенки сосуда, в котором находится полимер). Это давление набухшего полимера называют давлением набухания. Его величина может достигать нескольких мегапаскалей и это может стать причиной разрыва емкостей, заполненных набухающими материалами. Это имеет значение при хранении и перевозке многих пищевых продуктов. Известен случай, когда стальной корпус судна был разорван набухшим в его трюме зерном.