Растворение высокомолекулярных веществ

При наличии соответствующего сродства между ВМВ и низкомолекулярным растворителем возможно образование растворов. Полярные ВМВ (крахмал, желатин и др.) могут растворяться в полярных растворителях (вода); неполярные ВМВ (каучук и др.) — в неполярных растворителях (углеводороды). Растворение происходит в том случае, когда энергия сольватации (?_сольв) больше энергии межмолекулярного взаимодействия (Е_мв). Растворы ВМВ можно считать истинными, поскольку растворенное вещество диспергируется самопроизвольно до макромолекул, цепи которых в диаметре такие же, как и молекулы низкомолекулярного растворителя. Так как длина макромолекул соизмерима с размерами коллоидных частиц, то по ряду свойств растворы ВМВ близки к коллоидным растворам. Особенностью взаимодействия низкомолекулярного растворителя с ВМВ является то, что образованию раствора предшествует особая стадия — набухание.

Набуханием называется увеличение объема полимера за счет поглощения низкомолекулярного растворителя.

На первой стадии набухания молекулы растворителя проникают в пустоты между молекулами ВМВ (рис. 23.44, а). Сольватация макромолекул делает их подвижными, и расстояния межу ними увеличиваются, объем ВМВ возрастает (рис. 23.44, б).

Рис. 23.44. Схема взаимодействия полимера с растворителем.

Если Е_{м в} больше энергии сольватации, то дальнейшее набухание прекращается, и такой вид взаимодействия называется ограниченным набуханием. Количественно набухание измеряется степенью набухания а":

где Vq — исходный объем ВМВ; V_u — объем набухшего ВМВ.

Если Е_мв равна или меньше энергии сольватации, то взаимодействие полимера и растворителя заканчивается образованием раствора (рис. 23.44, в). Такое взаимодействие ВМВ и низкомолекулярного растворителя называется неограниченным набуханием. При комнатной температуре желатин и крахмал ограниченно набухают в воде, а при повышении температуры образуется раствор, т. е. наблюдается переход ограниченного набухания в неограниченное.

Если взаимодействие ВМВ и растворителя происходит в условиях ограниченного объема, то в системе возникает давление, называемое давлением набухания.