高分子的溶解过程

以下是在路上手机QQ回复一个师弟的内容,全是冲口而出,有些偏颇的地方例如把热力学与动力学混在一起讲了,但它们确实是有关的(化学势与动力学关系),我无暇展开。

WIllIamS 20:55:21
老大,直接往已经陪好的PMMA悬浮液里加PS再摇匀,这样会不会比 分别配好PS和PMMA溶液再根据所需的最终浓度混合 要容易一点?
WIllIamS 20:58:02
你跟我说过先配好PS的溶液之后再混合PMMA溶液,我发现这样要考虑的东西比较多,如果能计算好总共需要多少PS,直接称好固体直接加进去就容易得多,所以问一下,这个应该是没什么问题的吧?
翔哥 21:37:59
很有问题。我刚跑步。回头再聊吧。
WIllIamS 21:39:31
好的。
翔哥 22:15:28
我在手机上。
翔哥 22:18:39
首先你要考虑到,PMMA粒子悬浮液在一定ps浓度会随时间变化(凝胶化),变化的速度跟PS浓度有关。
翔哥 22:21:43
如果PS本身的浓度也在变,而且不受你控制的话,你就无法控制你想要的凝胶化速度和最终凝胶的状态。
翔哥 22:41:34
什么叫重复性,那就是你做十个样品,它们都同时起跑,以同样的速度跑,以便同时到终点,获得十个凝胶化程度相同的样品。实际不理想性于是主要来自:起跑时间不一,速度不一。前者例如聚合反应的“诱导效应”(《高分子化学》),后者就是由于诸如PS浓度,单体浓度、温度等动力学敏感条件失控所致。所以实验上要力图做到是(以PS浓度为例),总体上缩短PS浓度从原有值到所需值的时间如0.1秒,误差再大不会超过这个数量级,相比你正式反应时间如1小时而言可以忽略。其次就是达到所需浓度之后就不要再变,保持凝胶化速率相同。以上把PS浓度换成温度等都是成立的,是比较常规的实验原则。
翔哥 22:43:31
下面是关于高分子的浓解。
翔哥 22:43:36
溶解
翔哥 22:49:10
高分子溶解跟小分子相比慢很多个数量级。经常是还没学到专业课的本科生进实验室,过来说“老师这个溶不了,已经溶了很久了。”怀疑书上说的溶剂是不是错了。其实要泡过夜才看到溶涨。
翔哥 22:53:48
高分子溶解慢不是一般慢,而是慢到整个工艺设想都不一样的程度。当然,并不乏溶得非常快的例子,如PEO、PAA等水溶性高分子,受益于氢键和电离等效应,降低了溶解焓,补偿溶解熵增。但非极性体系没有此效应。
翔哥 22:54:54
那你问了,既然慢,溶液混溶液不也慢吗?或者问,能快多少呢?
翔哥 22:55:36
这就涉及到高分子溶解步骤。
WIllIamS 22:59:20
哦,那溶液之间混溶又要看他们的性质了,支化程度和分子量什么的
翔哥 23:02:08
高分子溶解步骤:1. 溶胀,溶剂向高分子样品由外及内渗透。这要看你样品的粒度,一大坨直接浓肯定慢过剪碎了再溶。但是分子量越大越容易机械降解,导致平均分子量下降,分布变宽,具体变了多少你又没去控制。只能原样直接溶解。
WIllIamS 23:05:53
那所以PS就要原样溶了然后再稀释?
翔哥 23:07:11
2. 扩散。表面一些已经溶胀到一定程度的部分样品分子链脱离本体向溶剂相扩散。这是一个整链运动。在学高分子的分子运动时讲到过,链段的运动比较快,可以与小分子相当,其次就是多个链段协同运动由于被绑在一起所以慢得多,最慢是整链运动。可以差到两三个数量级。
翔哥 23:16:00
这还只是表面已经扩散了的部分,这部分跑了之后,内部才裸露出来,开始溶胀。忘了说了,溶胀是溶剂小分子钻到高分子空隙的过程,靠的是热运动。你知道玻璃的caging图象,溶剂分子也是一样,大部分时间是在空隙内部受限运动,跳出空隙是罕见事件。而溶胀过程靠的恰恰是这一罕见事件的积累,所以更慢。以上纯粹是熵因素。如果遇到极性强或者结晶性高分子,还要克服额外的能量差,人家原来结晶能量最低态。尽管溶解终态能量也很低但中间溶胀这一步能垒很高,熵要再补偿这部分代价,更慢。
翔哥 23:17:47
如果你先配成溶液再混,相当于把以上步骤先完成了,再允许它与PMMA接触,所以是能加快很多。
WIllIamS 23:18:50
学习了。
WIllIamS 23:20:14
为什么说溶胀过程靠的是溶剂分子在大分子空隙内部跳出空隙这种罕见事件的积累?
翔哥 23:20:32
这样你才能实现近似瞬时设定PS浓度,然后保持长期稳定,得到有重复性的样品。
翔哥 23:21:08
高分子中的空隙,就是非晶区的分子间隙。
翔哥 23:23:02
溶剂要溶胀,就要从外部扩散到内部,它们进入了位于外部的间隙之后,要再跳开原有间隙才能到达更里的间隙,实现由外及内。
WIllIamS 23:23:41
明白了
翔哥 23:26:22
所以要怎么实验并不重要,重要的是建立正确的而不是错误的、全面的而不是只知其一不知其二的、变成本能的而不是背书考试的物理图象。
翔哥 23:29:14
只能靠传授。
翔哥 23:30:42
所以我要啰嗦这么多不直接告诉你怎么做。Over!手机码字王。
WIllIamS 23:32:02
你说有时候都不知道担心什么,因为不知道应该去担心什么,要是不问你,我就真的那么做了,即使我高分子物理考试很高分也没用,考虑问题是需要做过深度思考的
翔哥 23:32:51
你们高物上的不够课时吧,没实验吧。
WIllIamS 23:32:59
WIllIamS 23:33:30
也算是有一点,做过乌氏粘度计
翔哥 23:35:04
而且高分子系的学生之所以会好一点是因为他们还要学高分子加工工程,各类材料成型。他们选修课的老师可能都是高分子系的,说着说着就扯玻璃化温度。
翔哥 23:35:33
你们不是。
翔哥 23:35:51
光靠考试谁都会忘。
WIllIamS 23:38:29
那PS样品是一块一块的发泡泡沫状的,每一块估计有个1g了。那么我不该把他们剪开,因为会造成机械降解?
翔哥 23:39:39
对。
翔哥 23:39:52
不要剪太碎。
翔哥 23:40:15
没必要不要狂剪就是了。
WIllIamS 23:45:56
明白。

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