Использование межпредметных связей при изучении композиционных электроактивных материалов в курсе магистратуры

метод механических потерь;

метод диэлектрических потерь;

метод измерения теплоемкости (сканирующая калориметрия);

метод определения коэффициентов преломления;

дилатометрия;

радиотермолюминесценция.

Так же в этой главе широко рассматриваются: структуры смесей полимеров, механические свойства смесей полимеров, термодинамика смешения полимеров, свободная энергия смешения, э

нтальпия смешения, энтропия смешения, термодинамическая устойчивость некоторых систем полимер-полимер, фазовое равновесие в системах полимер-полимер, трехкомпонентные системы, бинарные системы.

Глава 18 посвящена специальным веществам - полимерным сорбентам, которые представляют интерес для экологов, по вполне известным причинам. Отметим, что причина создания сорбентов, в том числе полимерных, представляющих научно-практический интерес для студентов и преподавателей двух кафедр нашего факультета.

Полимеры находят все большее применение в качестве сорбентов, т.е. материалов, поглощающих, или сорбирующих ионы и молекулы различных веществ из разных сред. Это, в частности, разнообразные ионообменные смолы, а также полимерные сорбенты, не содержащие ионогенных групп, применяющиеся в гель - хроматографии. Процессы сорбции играют большую роль при взаимодействии полимерных волокон с различными реагентами и красителями, в процессе газо- и паро- проницаемости полимерных материалов и т.д. Поэтому целесообразно рассмотреть особенности полимерных сорбентов, в том числе ионообменных смол, закономерности формирования пористой структуры полимеров и методы ее оценки, механизм сорбции низкомолекулярных жидкостей и паров на полимерах.

Сорбцией называется процесс поглощения одного вещества другим, например, поглощение одной жидкостью другой или газов жидкостями. Но в большинстве случаев под этим термином понимают процесс поглощения молекул газов, паров, жидкостей или ионов твердыми телами, который может происходить по двум механизмам.

1) Тело может поглощать вещество только поверхностью - как внешней, так и внутренней (последняя очень велика у так называемых пористых твердых тел); такой процесс называется адсорбцией. Поглощающее тело называется адсорбентов, а поглощающееся вещество - адсорбатом или адсорбтивом. Этот процесс делится на физическую адсорбцию, когда между адсорбатом и адсорбентом действуют силы Ван-дер-Ваальса, и на хемосорбцию, когда между ними происходят химические реакции;

2) Молекулы сорбирующегося вещества проникают внутрь твердого тела, в силовое поле, существующее между его атомами, ионами или молекулами во всем объеме; при этом также могут протекать два процесса: газ или пар может растворяться в твердом теле или образовывать с ним химическое соединение.

В большинстве случаев происходят одновременно процессы адсорбции и растворения, объединяемые общим термином сорбция. Поглощающее тело называют сорбентом, а поглощающееся или растворяющееся вещество - сорбатом.

Методы формирования пористой структуры полимеров. Понятия "пористость" и "поры" возникли при рассмотрении твердых минеральных сорбентов и катализаторов. "Пористость - это свойство твердых тел, обусловленное их структурой и выражающееся в наличии пустых промежутков (пор) между отдельными зернами, слоями, кристаллами и другими элементами грубой структуры твердого тела". Это определение подчеркивает, что понятие "пористость" применимо к твердым телам и что поры - это пространства не между молекулами, а между надмолекулярными структурами.

Пористость не является свойством, присущим данному веществу, она формируется в процессе изготовления образца.

Существует ряд методов получения пористых материалов, в том числе пористых полимеров, которые используют и в процессе синтеза полимеров, и в процессе формования готовых изделий.

1. Термическая обработка компактного материала, сопровождающаяся удалением из него летучих продуктов или даже кристаллогидратной воды. Так получают пористые активные угли или цеолиты. Термической обработкой различных полимеров получают высокопористые угли (например, сарановые угли, представляющие собой продукты пиролиза поливинилиденхлорида).

2. Введение в полимер специальных веществ - порофо/юв, которые при определенных условиях разлагаются с образованием газообразных

продуктов, вызывающих "раздувание" полимера, с последующим закреплением созданной пористой структуры.

3. Насыщение полимера газом (обычно азотом) под высоким давлением (~ 20 МПа) с последующим снятием давления. При этом давление, созданное внутри пластины, вызывает ее "раздувание" и образование пор. Размеры этих пор зависят от пластичности материала, т.е. от его податливости и режима сброса давления. Это один из способов получения губчатых ячеистых резин, например губки "аназот".

4. Введение в мономеры суспензий органических или неорганических твердых веществ с определенными размерами частиц с последующим их удалением из готового полимера.

5. Проведение синтеза полимера или формования изделия в присутствии растворителя с последующим его удалением, после чего в полимере остаются полости достаточно больших размеров, ранее занятые растворителем.

Так же глава рассматривает методы формирования пористой структуры полимеров, методы оценки пористой структуры полимеров, сорбционный метод, метод плотностей, ртутная пирометрия; особенности полимерных сорбентов, полимерные сорбенты обладают рядом особенностей, связанных с их свойствами и структурой. Эти особенности следует учитывать при определении параметров пористой структуры и при их эксплуатации.

1. Полимеры существуют не только в твердом, но и в высокоэластическом состоянии, и возникает естественный вопрос о правомочности применения понятия "пора" и "пористость". Эти понятия применимы к твердым полимерам (стеклообразным и кристаллическим), пустоты в которых практически во времени не изменяются. Пустоты, или "дырки", имеющиеся и в эластических полимерах, т.е. пустоты флуктуационного характера, непрерывно изменяющие свои форму и размеры, нельзя отождествлять с порами. Однако постоянно существующие пустоты, создаваемые при определенных условиях, например в губчатых резинах или пенопластах, можно называть порами.

2. В отличие от классических минеральных сорбентов полимеры в процессе сорбции, как правило, набухают, т.е. испытывают существенные возмущения, выражающиеся в изменении их объема и структуры. Эти возмущения тем больше, чем больше термодинамическое сродство сорбата к полимеру. Свободный объем, имеющийся в набухшем полимере, или в геле, как в любой жидкости, имеет флуктуационный характер, поэтому его нельзя отождествлять с пористостью. В этой связи следует указать, что понятия "пористость полимеров в гидратированном состоянии", "псевдопористость", "скрытая пористость", встречающиеся в литературе, не имеют физического смысла.

Так же эта глава широко рассматривает, классификацию полимерных сорбентов (непористые сорбенты, микропористые сорбенты, сорбенты с переходными порами), механизм сорбции низкомолекулярных веществ полимерами, ионообменные смолы.