基本介紹
- 中文名：溶脹比
- 外文名：swelling ratio
- 適用對象：交聯高聚物
- 定義：達到溶脹平衡與溶脹前的體積比
- 影響因素：溫度、壓力、高聚物交聯度等
- 溶脹終產物：凝膠
基本概念,溶解和溶脹,溶脹平衡,測試方法,
基本概念
溶解和溶脹
高分子的溶解比小分子困難得多，一方面由於分子量巨大，長鏈分子尺寸與溶劑小分子相差懸殊，擴散能力不同；另一方面由於分子鏈處於相互纏結狀態，分子間作用力強，分離困難。因而高分子溶解過程相當緩慢，常需要幾小時、幾天，甚至幾星期。溶解的過程分為兩個階段，先是溶劑小分子滲透、擴散到高分子之間，削弱大分子間相互作用力，使體積膨脹，此過程稱為溶脹。然後鏈段和分子整鏈的運動加速，分子鏈鬆動、解纏結，達到雙向擴散均勻，完成溶解。
溶脹平衡
交聯聚合物分子鏈之間有化學鍵連線，形成三維網狀結構，整個材料可視為一個高分子，只要交聯網路不破壞，交聯聚合物就不能發生溶解。但是由於網鏈尺寸大，溶劑小分子也能滲透、擴散到網鏈之間，使網鏈間距增大，材料體積膨脹，發生溶脹，最終形成凝膠。
交聯聚合物溶脹過程中，存在兩種作用力相互競爭、相互依存的狀態：一種是溶劑與聚合物分子的作用力，該力使分子鏈間相互作用減弱，溶劑滲透進入聚合物內部，使體積膨脹；另一種是由於交聯網路膨脹後，網鏈向三維空間伸展，使構象熵減少，而分子熱運動又使網鏈回縮，產生彈性回縮力，使體積減小。溶脹初期，第一種力占上風，聚合物體積不斷膨脹；隨著體積膨脹越大，彈性回縮力也越大。當兩種競爭力的作用相互抵消、達到平衡，即溶劑的深入、膨脹作用與交聯網的彈性回縮作用相等時，溶脹結束，體積恆定，此時稱為溶脹平衡。
測試方法
常用重量法測定材料的溶脹比。
將已知量起始凝膠置於指定溫度的特定溶劑中，每隔一定時間用絹絲濾網過濾以除去溶膠及被溶解部分，然後稱重得溶脹凝膠重。將溶脹後的凝膠再次浸泡於溶劑中( 溫度同上 )，隔一定時間過濾並稱重。如此反覆進行，直至凝膠總質量不變，達到溶脹平衡。最後將達到溶脹平衡的水凝膠乾燥至恆重，稱重得溶脹平衡時乾凝膠重。
溶脹比q按下式計算：
式中，Va——試樣溶脹平衡時吸收溶劑的體積，mL；
W0——乾凝膠質量，g；
W——試樣溶脹平衡時的質量，g；
ρa——溶劑密度，g/cm3。
