РЕФЕРАТ 3
МЕСТО ПРОВЕДЕНИЯ РАБОТЫ 5
ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ 8
ВВЕДЕНИЕ 10
ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ 11
1 Обзор литературы 11
1.1 Полиакриламид 11
1.2 Полиакриловая кислота 14
1.3 Полиметакриловая кислота 17
1.4 Композиции полиакриловой и полиметакриловой кислот с полиакриламидом 22
1.5 Термодинамическая совместимость полимеров 26
2 Постановка задачи работы 31
3 Экспериментальная часть 33
3.1 Объекты исследования 33
3.2 Методика исследований 34
3.2.1 Объемный вариант сорбционного метода 34
3.2.2 Метод изотермической калориметрии 36
3.2.3 Расчет термодинамических параметров 40
4 Результаты и их обсуждение 42
4.1 Система ПАА-ПАК 42
4.1.1 Сорбция паров воды образцами ПАА, ПАК и их смесями 42
4.1.2 Энергия Гиббса смешения ПАА, ПАК и их смесей с водой 42
4.1.3 Энтальпии растворения ПАА, ПАК и их смесей в воде 43
4.1.4 Энергия Гиббса смешения ПАА с ПАК 43
4.1.5 Термодинамические параметры смешения ПАА с ПАК 44
4.2 Система ПАА-ПМАК 45
4.2.1 Сорбция паров воды образцами ПАА, ПМАК и их смесями 45
4.2.2 Энергия Гиббса смешения ПАА, ПМАК и их смесей с водой 46
4.2.3 Энтальпии растворения ПАА, ПМАК и их смесей в воде 46
4.2.4 Энергия Гиббса смешения ПАА с ПМАК 47
4.2.5 Термодинамические параметры смешения ПАА с ПМАК 48
ВЫВОДЫ 49
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ И ЛИТЕРАТУРЫ 50
ПРИЛОЖЕНИЯ
Комплекс ценных свойств, относительная дешевизна и большой объем промышленного производства полиакриламида (ПАА) определили его многофункциональное использование в таких отраслях промышленности, как горнорудная и нефтедобывающая, текстильная и сахарная, угольная и бумажная. Наряду с ПАА полиакриловая и полиметакриловая кислоты представляют большой теоретический и практический интерес, прежде всего потому, что обладают ценными свойствами, низкой токсичностью, невысокой стоимостью, имеют широкий спектр применения в различных областях промышленности и быта как в индивидуальном виде, так и в составе т.н. «полимерных гибридов»: смесей полимеров либо сополимеров. В частности, использование сочетаний ПАА с ПАК или ПМАК позволяет улучшить свойства индивидуальных компонентов, решить ряд экологических проблем, получить биосовместимые композиции.
При этом, несмотря на близость химического строения полиакриловой и полиметакриловой кислот, свойства их композиций с полиакриламидом существенно различают-ся. Различие в поведении этих систем может быть связано с разницей во взаимодействии компонентов, их совместимости и устойчивости образующихся смесей. Термодинамический подход к изучению многокомпонентных полимерных композиций связывает устойчивость системы со знаком и величиной энергии Гиббса смешения компонентов и ее второй производной по составу Для понимания процессов, определяющих поведение композиций, необходимо также оценить составляющие совместимости: энтальпию и энтропию смешения компонентов. .
Важно отметить, что изучаемые полимерные системы практически всегда используются в водных растворах, поэтому исследования закономерностей их взаимодействия с водой являются важной задачей.
В связи с этим цель настоящей работы - изучение термодинамических параметров взаимодействия полиакриловой кислоты, полиметакриловой кислоты, полиакриламида с водой, а также ПАК, ПМАК с ПАА.
1. С помощью объемного варианта сорбционного метода изучена сорбция воды пленками ПАА, ПАК, ПМАК и смесями ПАА-ПАК, ПАА-ПМАК разного состава. Измерены теплоты растворения образцов в воде с использованием микрокалориметра типа Тиана-Кальве. Рассчитаны разности химических потенциалов воды Дцц полимеров и смесей Дц2, энергии Гиббса смешения полимеров с водой Ддт. Определены энергии Гиббса, энтальпии и энтропии смешения компонентов в полимерных композициях.
2. Показано, что сорбционная способность систем ПАА-ПАК, ПАА-ПМАК определяется их структурой и сродством к воде. ПАК ведет себя как плотноупакованный полимер, имеющий высокое сродство к воде, а сорбция воды ПМАК свидетельствует о менее плотной упаковке цепей и меньшему сродству к воде. Сорбция воды смесями немонотонно изменяется с составом композиции.
3. Установлено, что смешение всех систем с водой сопровождается уменьшением энергий Гиббса (Agm< 0), величина 32g/3w22> 0, что указывает на образование термодинамически устойчивых систем. Чем больше сорбционная способность полимера или смеси, тем более отрицательны величины Agm.
4. Обнаружено, что растворение в воде всех изученных систем сопровождается экзотермическим тепловым эффектом. Отклонения энтальпий смесей от аддитивности положительны для всех систем кроме смеси ПАА-ПМАК с ШПАА<0,2, что свидетельствует о хорошем взаимодействии полимеров друг с другом.
5. Установлено, что энергии Гиббса смешения ПАА с ПАК и ПМАК полученные двумя методами: с помощью расчета по энергиям Гиббса растворения систем и с помощью уравнения Флори-Хаггинса хорошо коррелируют друг с другом.
6. Показано, что смешение ПАА с ПАК сопровождается экзотермическим тепловым эффектом во всей области составов и уменьшением энергии Гиббса вплоть до содержания 90% ПАА. При этом Ддх и Дйх близки по величине, и энтропийный вклад в совместимость компонентов ТДзх очень невелик. Термодинамическая совместимость ПАА с ПАК обусловлена, главным образом, энергетическим взаимодействием компонентов.
7. Обнаружено, что смеси ПАА-ПМАК образуются с отрицательной энергией Гиббса смешения (Ддх<0) и знакопеременной энтальпией смешения: при содержании ПАА менее 20% Дйх > 0,а при содержании более 20% - Дйх<0. Энтропии смешения положительна во всей области составов.
