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交联高分子化合物的溶胀特性分析

时间:2023-06-20 理论教育 版权反馈
【摘要】:交联高分子化合物共有三维网状结构,能吸收大量溶剂发生溶胀而不被溶剂所溶解。图7-13交联高分子溶胀示意图若已知网链的平均相对分子质量测定溶胀比就可计算高分子化合物与溶剂的相互作用参数_χ;若已通过其他方法测得χ,则可用溶胀比的实验数据确定网链的平均相对分子质量高分子化合物交联度越大,越小,因此可表示交联度的大小。

交联高分子化合物的溶胀特性分析

交联高分子化合物共有三维网状结构,能吸收大量溶剂发生溶胀而不被溶剂所溶解。溶胀过程同膜渗透现象类似,当纯溶剂的化学位高于由溶剂-高分子化合物组成的混合系统的化学位时,纯溶剂向混合物系统渗透,直至两者化学位相等,达到溶胀平衡状态为止。在溶胀过程中,溶胀体内吉布斯自由能变化由两部分组成

式中,ΔGt为溶剂-高分子的混合吉布斯自由能,可由晶格模型式(7-20)或(7-73)等计算;ΔGsw为溶胀过程导致网键扩张引起的弹性自由焓,可用模仿橡皮形变过程进行计算。

设有如图7-13所示的单位立方体试样,各向同性自由溶胀,溶胀后各边长为λ。根据橡胶弹性理论,ΔGsw可表示为

代入式(7-125),得

当达到溶胀平衡时,Δμ1=0,即

通常交联高分子化合物的r非常大,式(7-127)可近似为

设高分子化合物溶胀前后的体积比为Q(Q在溶胀平衡时达到极值,亦称为溶胀比),则

将式(7-129)~式(7-131)代入式(7-128)中,得到溶胀平衡的条件为

在交联密度不是很高时,在良溶剂中溶胀比Q可超过10,即φ2很小,将ln(1-φ2)展开并略去三次以上的高次项得

图7-13 交联高分子溶胀示意图

已知温度为25℃,干胶质量为0.1273g,溶胀后的质量为2.116g。干胶密度为0.941g·cm-3,苯的密度为0.8685g·cm-3。相互作用参数χ=0.398。

解:w2=0.1273g

w1=2.116-0.1273=1.9887(g)

苯的摩尔体积近似为偏摩尔体积,即

将以上计算结果代入式(7-132),得

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