Концентрированные растворы полимеров

Свойства растворов полимеров зависят от концентрации, молекулярной массы полимера и природы растворителя. Два последних фактора учитываются величиной характеристической вязкости. Поэтому области концентраций характеризуют произведением [h]С. При [h]С < 1 раствор считается разбавленным (С ~ 0,1-1%), макромолекулы разделены растворителем, и контакты между ними незначительны. При 1<[h]С£10 раствор является полуразбавленным (умеренно концентрированным), для него характерно взаимодействие и взаимное проникновение макромолекулярных клубков. При [h]С > 10 раствор является высококонцентрированным. Макромолекулы в таком растворе настолько сближены и переплетены, что образуют пространственную флуктуационную сетку зацеплений. Такие растворы, а также расплавы полимеров, называют полимерными жидкостями.

Приборы, служащие для измерения вязкости концентрированных растворов полимеров называются ротационные вискозиметры. Жидкость в этом приборе помещается в зазор между двумя вращающимися цилиндрами. При вращении одного из них вращательный момент за счет вязкости жидкости (трения) передается на другой, величина этого момента является мерой вязкости жидкости.

Зависимость вязкости растворов полимеров от концентрации приведена на рис. 4. Из рисунка видно, что кривая разбивается на ряд участков, для каждого последующего из которых характерна более сильная зависимость вязкости от концентрации. Область «а» соответствует разбавленным растворам полимеров.

Область «б» - умеренно-концентрированным растворам. Изменение их вязкости с увеличением напряжения сдвига объясняется или обратимым разрушением структуры, образованной зацеплениями макромолекул (тиксотропия – обратимое уменьшение вязкости) или, наоборот, перестройкой структуры, приводящей к ее упрочнению под действием относительно малых напряжений сдвига (дилатансия – обратимое увеличение вязкости). Связь вязкости со структурой раствора отражается в определении его физического состояния в данной области, которое характеризуется как структурно-вязкое.

Область «в» относится к концентрированным растворам полимеров, для которых характерно наличие двух видов деформации - необратимой (течения) и обратимой (упругой). Возникновение последней является следствием образования сплошной трехмерной флуктуационной (подвижной) сетки зацепления макромолекул. Сочетание свойств, присущих твердому телу (упругость) и жидкости (текучесть), называется вязкоупругостью.