浅谈氧气对聚合物溶液性质的影响

2018-02-25

新教育时代电子杂志(学生版) 2018年18期

（十堰市第一中学湖北十堰 442099）

一、聚合物溶液

当聚合物分子均匀分散在溶剂中就形成了聚合物溶液，其在工业生产中非常常见。

1.聚合物溶液的分类与应用

聚合物溶液种类很多，如果聚合物在溶液中以孤立分子存在，浓度在1%以下，则分子间相互作用力就会小，形成的溶液粘度会很低，称为聚合物稀溶液，如絮凝剂、减阻剂等。当聚合物浓溶液浓度大于5%后，聚合物分子链之间会互相贯穿、纠缠，相互作用力极强，粘度高且稳定性差，称为聚合物浓溶液，常见的如涂料、冻胶、凝胶粘合剂等。

2.聚合物的溶解

聚合物溶解过程可分为两步，首先溶胀，溶剂分子迅速渗入聚合物分子链空隙，使其体积变大。然后是溶解，渗溶剂分子使聚合物的分子链溶剂化，减小了分子链间的相互作用力，使链段摆脱了其他链段的作用力，然后大分子松动从而进入溶剂中，开始溶解。

3.聚合物溶液溶剂的选择

聚合物作为大分子有机物，其结构复杂，不同的聚合物在不同溶剂中具有不同的溶解性质，在选取溶剂时，应遵循以下几个原则：1）相似相溶原理，即组成和结构相似的物质可以互溶，极性大的物质溶解于极性大的溶剂，极性小的物质溶解于极性小的溶剂。2）溶度参数相近规则溶度参数是判断两种材料是否互溶的重要参数，可以由聚合物溶胀实验测定得到。3）溶剂化规则，溶剂的极性有大小、正负偶极之分，若两种物质溶度参数相似、正负极性相吸，则这两种物质很容易互溶。

4.聚合物溶液的性质

聚合物分子量比较大，形状有线形、支化、交联，聚集态又有晶态和非晶态，其溶液与小分子溶液相比，具有以下独特的性质：1）溶解过程有两步，溶解过程可能要几天甚至几星期，比小分子的溶解过程缓慢的多，并且分子量越大，溶解时间越长；2）聚合物分子链间的相互作用使溶液的粘度非常大；3）聚合物溶液的性质与理想溶液有较大偏差，偏离原因为聚合物溶液的混合熵比小分子溶液的混合熵要小的多；4）聚合物溶液的光学和动力学性质与小分子溶液也有较大差别。

二、O2对聚合物溶液性质的影响

O2是一种双基分子，具有很高的亲和力，很容易与聚合物发生反应，进而影响溶液的性质。

1.O2对聚合物溶液流变性的影响

聚合物溶液的流变性是指溶液剪切应力与剪切速率之间的关系，一般采用流变仪来测量。聚合物溶液的流变性具体可以体现在剪切应力和表观粘度两方面。唐金星等人在较宽的剪切速率内测试了三种高分子量聚合物溶液的流变性，发现它们都是表观粘度随剪切速率的增大而降低的明显假塑性流变行为特征，O2的溶解对聚合物溶液的性质没有明显影响。

2.O2对聚合物溶液粘度的影响

在聚合物的合成、输送以及反应器的热量衡算、气泡形成及消除等方面，粘度都有重要的影响，溶液的含氧量与溶液粘度有很大关系。

常胜龙等人研究发现，O2的存在会使聚合物溶液体系的粘度迅速降低，甚至可能导致聚合物发生氧化降解，丧失流度控制能力。他们配制浓度为1200 mg/L聚合物溶液，在60℃下测量溶解氧的量对溶液粘度的影响。在10天内，二者的粘度均大幅下降，但O2环境下的溶液粘度下降速度明显大于无氧环境。90天后，无氧条件聚合物溶液老化粘度仅下降约30%，而在O2条件下，溶液的粘度下降高达60%。由此说明空气中的O2会引起聚合氧化降解，降低其粘度。

3.O2对聚合物溶液热稳定性的影响

聚合物溶液热稳定性可通过热重分析法（Thermo Gravimetric Analyze，TGA）和差示扫描量热法（Differential Scanning Calorimetry，DSC）测量，贾凌志等人研究了在曝氧条件下聚合物溶液热稳定性情况，发现剪切是溶液粘度下降的重要原因，因此常通过改变温度、pH值、采用化学稳定剂等方法保持聚合物溶液的粘度。