ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Набухание полимеров из "Физическая и коллоидная химия" При ограниченном набухании объем и масса полимера достигают определенных значений и дальнейший контакт полимера с растворителем не приводит к каким-либо изменениям. В результате ограниченного набухания полимер превращается в студень. При неограниченном набухании отсутствует предел набухания, с течением времени полимер поглощает все больщее количество жидкости и в результате набухание переходит в растворение. Примером ограниченного набухания является набухание резины в бензине набухание каучука в этом же растворителе неограниченно. На характер набухания влияет температура. Так, желатина и агар в холодной воде набухают до определенного предела,, т. е. ограниченно, при нагревании же они набухают неограниченно и растворяются. [c.248] Причиной набухания является диффузия низкомолекулярного растворителя в высокомолекулярное вещество. Между макромолекулами полимера обычно имеются небольшие пространства, размер которых соизмерим с размером молекул растворителя. Благодаря этому молекулы низкомолекулярной жидкости достаточно быстро проникают в пространства между макромолекулами, раздвигая молекулярные цепи. Если макромолекулы полимера гибкие, то благодаря их тепловому движению диффузия растворителя облегчается. Полимеры с жесткими молекулярными цепями набухают значительно хуже. [c.248] Таким образом, набухание можно представить как процесс одностороннего смешивания, при котором молекулы низкомолекулярного вещества благодаря большой подвижности проникают в пространство между молекулами высокомолекулярного вещества. [c.248] Для многих систем набухание включает не только диффузию жидкости в полимер, но и сольватацию макромолекул. Обычно при взаимодействии высокомолекулярного вещества с растворителем сольвати-руется не вся макромолекула, а отдельные ее группы. [c.249] У полимеров, макромолекулы которых состоят из полярных и неполярных групп, сольватируются полярные группы, если растворитель полярен. Если же растворитель неполярен, то сольватируются неполярные группы. В зависимости от того, каких групп в полимере больше, он будет набухать в полярном или неполярном растворителе. Обычно набухание — избирательное явление, т. е. полимер набухает в жидкостях, близких к нему по химическому строению. Так, углеводородные полимеры типа каучуков набухают в неполярных жидкостях — бензине, бензоле. Полимеры, в состав молекул которых входят полярные группы, например белки, крахмал, набухают в полярных растворителях (воде, спиртах). [c.249] Процесс набухания можно разбить на две основные стадии. На первой стадии набухания низкомолекулярный растворитель, диффундируя в высокомолекулярное вещество, сольватирует его макромолекулы. Образование сольватной оболочки молекулы полимера сопровождается выделением тепла, поэтому первая стадия набухания характеризуется положительным тепловым эффектом. [c.249] Теплота набухания зависит от природы полимера и растворителя. Она максимальная при набухании в воде полимеров, содержащих большое число полярных групп. При набухании неполярного полимера в неполярной жидкости тепловой эффект очень мал. [c.249] На второй стадии набухания, протекающей без теплового эффекта, а иногда с отрицательным тепловым эффектом, наблюдается обычно основное увеличение объема полимера. На этой стадии набухания низкомолекулярный растворитель диффундирует в полимер и происходит смещивание больших и гибких макромолекул с молекулами растворителя. Из-за односторонней диффузии, характеризующей эту стадию, ее иногда называют осмотической. [c.250] На второй стадии набухания может происходить переход некоторого числа макромолекул в низкомолекулярный растворитель. Ограниченное набухание заканчивается на второй стадии, неограниченное набухание приводит к растворению полимера. [c.250] Стадии набухания иллюстрирует рис. 102. На пер-вой стадии набухания (рис. 102,6) при увеличении объема полимера объем всей системы несколько уменьшается (контракция). На второй стадии объем набухшего полимера по сравнению с первоначальным объемом увеличивается (рис. 102, е), но при этом возможно и частичное растворение полимера (рис. 102, г). [c.250] Степень набухаиия зависит от прочности межмо лекулярных связей в полимере и энергии сольватации. Если для линейного полимера работа, которую надо затратить на разрыв слабых ван-дер-ваальсо-вых сил, меньше, чем энергия сольватации, то набу хание будет неограниченным. Если в полимере есть поперечные связи, то энергии сольватации может быть недостаточно для их разрыва. Тогда набухание будет ограниченным и тем меньшим, чем прочнее межмолекулярные связи. Так, натуральный каучук (линейный полимер) неограниченно набухает (растворяется) в бензине, резина (вулканизированный каучук) набухает ограниченно, эбонит (каучук + 50% серы) совершенно не набухает. [c.251] На степень ограниченного набухаршя влияет также температура. Если набухание ограничивается только первой, сольватационной стадией, являющей ся экзотермическим процессом, то степень набухания с повышением температуры уменьшается. Вторая стадия набухания может быть эндотермическим процессом, тогда степень набухания должна увеличи- ваться с повышением температуры. [c.251] При набухании высокомолекулярного вещества в каком-либо ограниченном пространстве, препятствующем увеличению объема, возникает давление набухания, которое может достигать на начальной стадии нескольких мегапаскалей. Это давление MOii жет стать причиной разрыва емкостей, заполненный] набухающими материалами. При хранении и пере-г возке многих пищевых продуктов, таких как зерно/ крупа, мука, необходимо учитывать возможность их набухания. Известен случай, когда стальной корпус судна был разорван набухшим в его трюме зер ном. [c.251] Набухание в технологии пищевых производств.. [c.251] Набухание имеет очень большое значение для многих технологических процессов в пищевой промыш1 ленности. [c.251] Способность белков муки к набуханию определяет физические свойства теста. Если белок набухает ограниченно, связывая достаточно большое количество воды, то образующееся тесто будет эластичным и плотным по консистенции. При неограниченном набухании белков, т. е. когда часть их переходит в растворенное состояние, тесто получается жидким по консистенции, лнпкил и мажущимся, т. е. физические свойства теста ухудшаются. [c.252] В производстве спирта одной из важнейших технологических операций является разваривание сырья — картофеля или зерен злаков. От правильного проведения этого процесса зависит выход спирта. Основная цель разваривания заключается в разрушении клеточной структуры сырья, освобождении крахмала и его растворении. Для лучшего разваривания сырье предварительно прогревают водяным паром (запаривают), при этом оно интенсивно набухает в воде. До температуры 50°С крахмал набухает незначительно, гораздо меньше, чем белки, но при температуре выше 60°С степень набухания крахмала резко увеличивается. При 90°С давление набухания возрастает, оболочки зерен крахмала разрываются и освобождается частично клейстеризованный крахмал. [c.252] Набухание — обязательный процесс, протекающий при замачивании зерна в производстве солода, являющегося основным сырьем пивоваренных и ква-соваренных заводов. [c.252] В производстве кукурузного крахмала осущест--вляется замачивание кукурузного зерна с целью размягчения зерна и создания оптимальных условий для его измельчения и последующего выделения крахмала. На последней стадии замачивания зерно поглощает до 45% воды и увеличивается в объеме. [c.253] В производстве желейных кондитерских изделий (мармелада) используются природные студнеобра-зователи — агар и агароид, которые представляют собой сложные высокомолекулярные вещества типа полисахаридов с линейными макромолекулами. Эти вещества в холодной воде не растворяются, но ограниченно в ней набухают. Поэтому на первой технологической операции производства желейного мармелада с применением агара или агароида их замачи- вают в холодной воде в течение 1—2 ч. Только после этого набухший агар или агароид растворяют в горячей воде. [c.253] Вернуться к основной статье