Зависимость сорбции от степени кристалличности и модулярной структуры ВМС

Объемное поглощение происходит только в аморфных областях и может служить показателем кристалличности. Характерной особенностью ВМС является изменение структуры в ходе поглощения низкомолекулярных веществ. Сорбция количественно характеризуется коэффициентом растворимости G, размеренность которого м³/м³ ∙ Па. То есть это объем пара или газа в м³ растворенного в 1 м³ полимера при парциальном давлении в 1 Па. Коэффициент G зависит от многих факторов: от природы полимера и сорбируемого вещества, фазового и физического состояния полимера, температуры и особенностей строения полимера. ВМС часто используют в качестве высокоактивных сорбентов газов, паров и жидкостей. Например, при эксплуатации искусственных кож перенос паров воды в сочетании с их сорбцией определяет их гигиенические свойства.

II. Второй составной частью процесса проницаемости или массопереноса является диффузия. Это процесс переноса вещества, обусловленный выравниванием его концентрации в первоначально неоднородной системе, происходящей вследствие беспорядочного теплового движения молекул. В зависимости от условий протекания процесса различают взаимодиффузию (диффузию), когда в системе существует перепад концентраций (градиент) и вещества стремятся равномерно распределяться по всей системе и самодиффузию, когда такого градиента нет. Практически все процессы диффузии протекают при наличии градиентов химического потенциала и описываются законами взаимодиффузии. В результате диффузии происходит самопроизвольное взаимное проникновение друг в друга соприкасающихся веществ. Механизм диффузии состоит из последовательных периодически повторяющихся перескоков молекул диффузанта из одного положения в другое, что возможно при наличии свободного объем в полимере и достаточно энергией для разрушения связи между макромолекулами в полимере, т.е. энергией активации диффузного процесса E_D. При отсутствии сильного взаимодействия между полимером и НМВ скорость диффузии описывается уравнением Фика.

Q = - D	dc	∙St
dx

где Q – это количество вещества, прошедшего за время t через площадь поперечного сечения S в направлении Х вдоль которого происходит диффузия, с градиентом концентрации.

dc/ dx – означает, что перенос осуществляется в сторону меньшей концентрации.

D – коэффициент диффузии, является количественной мерой скорости, с которой система способна выравнивать разность концентраций (м²/с).

Коэффициент диффузии повышается с увеличением температуры. Как для любого активационного процесса температурная зависимость коэффициента диффузии выражается формулой

D = D₀ e ^–E_D^/RT

где D₀ – предэкспоненциальный множитель, независящий от температуры

E_D – энергия активации процесса диффузии

R – универсальная газовая постоянная

T – температура

На практике при оценке количества прошедшего через пленку вещества принято пользоваться коэффициентом проницаемости

P = D σ

где D – коэффициент диффузии

σ - коэффициент сорбции. Коэффициент проницаемости численно выражается объемом газа в м³ , прошедшего за 1 сек через мембрану площадью 1м² и толщиной 1 метр при разности давления газа 1 Па. Поэтому единица измерения проницаемости по СИ м³/(м с Па). Так же как и на коэффициенты диффузии и растворимости на коэффициент проницаемости влияют молекулярная масса, объем, размеры и форма молекул газа или пара, а также их химическая природа.

Поскольку размеры, форма и масса молекул различных газов неодинаковы, их скорость прохождения через полимерную мембрану также различна. Этим пользуются для разделения смесей газов и жидкостей.

Проницаемость, так же как и диффузия и сорбция, зависти от химической природы полимера, его фазового и физического состояния, особенностей надмолекулярной структуры, характера макроструктуры и перепада давления и температуры. Температурная зависимость

Р = Р₀ e ^–E_Р^/RT

Методы определения проницаемости.

Проницаемость покрытий можно определять прямыми и косвенными методами. Прямые, или мембранные, методы сводятся к непосредственному замеру количества жидкости, пара или газа, прошедшего через пленку при заданных условиях. Для этого создается определенный градиент концентраций или давления по обе стороны пленки. Используют приборы, представляющие собой замкнутые ячейки, разделенные на две камеры используемой пленкой. В одну из них заливается раствор или подается газ под определенным давлением, в другой определяют количество прошедших через пленку веществ по концентрации, объему, массе или по давлению.

Косвенные или сорбционные методы связаны с измерением скорости движения диффундирующего вещества, изменения концентрации и т.д. наиболее часто используемый из прямых методов – метод Дайнеса-Баррера основан на измерении давления вещества, прошедшего через мембрану.

Дата добавления: 2014-01-20