Синтетические ионообменные материалы - Зубаков Л.Б.
Скачать (прямая ссылка):
Наиболее удобным экспериментальным методом для оценки структурных изменений является изучение вязкости растворов полимерных электролитов. Наблюдается аномальная зависимость приведенной вязкости водных растворов полиэлектролитов от концентрации [430, 431], которая нелинейно возрастает с разбавлением, хотя для неионогенных полимеров, как известно, приведенная вязкость линейно убывает с уменьшением концентрации раствора.
Фуоссом [430] было предложено эмпирическое уравнение для расчета характеристических вязкостей ионогениых полимеров в водных растворах т)yJc — =Л/(1 +Вл/с1 которое справедливо для большинства полиэлектролитных систем. Однако в некоторых случаях, при достаточно большой длине полииона это соотношение не выполняется.
На поведение полиэлектролитов в растворах оказы-рлют влияние не только электростатические эффекты,
162
связанные с наличием заряда на полимерной цепи, но и гидрофобные, водородные и другие внутримолекулярные взаимодействия, которые способствуют уменьшению полиэлектролитного набухания или дополнительному свертыванию макромолекулярных цепей [432, 433].
Наличие заряженных групп на полимерной цепи сказывается не только на гидродинамических, но и на электрохимических свойствах растворов полиэлектролитов [434, 435]. В отличие от простых низкомолекулярных электролитов эффекты, создаваемые взаимодействием заряженных ионов в полимерных электролитах, не исчезают при бесконечном разбавлении. В сильно разбавленных растворах часть противоионов ассоциирована с полиионами под действием сильного электростатического поля, создаваемого полиионами с высокой плотностью фиксированных зарядов.
Электропроводность растворов полиэлектролитов резко возрастает с разбавлением, что обусловлено влиянием двух факторов: во-первых, уменьшение концентрации способствует выводу противоионов из сферы действия заряженных макромолекул, т. е. число свободных противоионов, участвующих в переносе электричества, возрастает. Во-вторых, увеличение заряда полииона при разбавлении приводит к повышению его подвижности, и, следовательно, также к увеличению общей электропроводности растворов.
Электропроводность растворов полимерных электролитов зависит также от полярности растворителя, плотности ионогепных групп, природы противоиона [436].
Сравнение эквивалентной электропроводности мономерных солей и полимеров на их основе при одной и той же концентрации раствора показало, что электропроводность полисолей значительно ниже [437, 438]. Эго определяется рядом специфических свойств, характерных только для полиэлектролитов [429].
Весьма важной характеристикой свойств водорастворимых полиэлектролитов является их гидролитическая устойчивость в различных химических средах при различных температурах.
Одной из основных областей использования полиэлектролитов в качестве флокулянтов, коагулянтов и
163
осадителей являются процессы водоподготовки и очистки промышленных и сточных вод от коллоидных, минеральных и органических загрязнений [390, 439— 447]. Для этих целей наиболее подходят катионные полиэлектролиты.
Использование катионных флокуляитов позволяет интенсифицировать все технологические процессы при осветлении мутных вод благодаря их более высокой эффективности по сравнению с минеральными коагулянтами, снизить стоимость обработки, облегчить контроль процесса и т. д.
При осветлении природных вод, содержащих органические загрязнения (гумусовые вещества, детергенты), удаление последних происходит либо за счет химической реакции между карбоксильными и фенольными группами гуминовых кислот и основными группами флокулянта с образованием слабодиссоции-рованных солей, выпадающих в виде хлопьевидного осадка [439], либо в результате образования нерастворимых комплексов.
Зависимость эффективности коагуляции от дозы полиэлектролита проходит через максимум. При концентрации полимера выше оптимальной процесс очистки ухудшается вследствие стабилизации коллоидных систем [439, 448].
Огромный интерес представляет использование водорастворимых полиэлектролитов в гидрометаллургии цветных и редких металлов [449—453].
В последнее время уделяется большое внимание [454—458] синтезу и исследованию полиэлектролитных комплексов. Их получают смешением противоположно заряженных полиэлектролитов, например поливинил-бензилтриметиламмонийхлорида и полистиролсульфо-ната натрия, в растворе, содержащем воду, водорастворимый органический растворитель и низкомолекулярный электролит (НС1, НВг). При охлаждении раствора, испарении органического растворителя или нейтрализации электролита образуются твердые неплавкие и нерастворимые гели, обладающие полупроводниковыми свойствами, что позволяет их использовать в электротехнической промышленности.
Пленки, полученные из растворов комплекса, отличаются высокой чувствительностью к влаге, благодаря
164
чему они применяются в качестве мембран для ультрафильтрования и диализа.
Вследствие высокой биологической совместимости комплексы сильных полиэлектролитов широко применяются в медицине [457]. Так, солевые комплексы могут служить моделями жизненно важных биологических систем.
