606616411

(1939) 23

PRZEMYŚL CHEMICZNY

177

4- p^b i -f p°

8 ^]wzgl

wysokocząsteczkowych syntetycznych i okazało się, że dla ciał w kształcie kulistym²⁴) nie potwierdza się stałość k (9) i Vc (4), ale stała równania Arheniusa wzrasta. Tak więc przy wzrastającym stężeniu lepkość wzrasta szybciej niż należałoby się spodziewać ze wzrostów stężenia. Równanie Bugenberg de Jonga(lO) daje w tym przypadku lepsze wyniki od innych równań, przeciwnie zaś zawodzi przy stosowaniu go do ciał wysokocząsteczkowych naturalnych. Przy badaniu podłużnych, jednowymiarowych polistyroli Staudingera zetknięto się z odwrotnym zjawiskiem, jak dla koloidów kulistych. Jeśli ciężar cz|steczkowy badanego polistyrolu wzrasta, to w jednym szeregu pomiarów przy wzrastającym stężeniu wzrost stałych z równań (4) i (6) maLje. Innymi słowy lepkość przy wzrastającej długości cząstek wzrasta stosunkowo mniej przy zwiększającym się stężeniu. Równania de Jonga(lO) daje lepszą stałość, co jest zrozumiałe ze względu na kształt cząstek zolu i dwie stałe w równaniu, jednak i to równanie nie może być ogólnie stosowane. Równanie Papkova (I) potwierdza się dopiero powyżej pewnego granicznego stężenia. Z pracy Bredee i Booysa wynika, że innym równaniom podlegają sferokoloidy (o cząstkach kulistych), a innym koloidy liniowe.

Wzorem, który potwierdza się zarówno dla koloidów

0    cząstkach kulistych jak i liniowych jest wzór Bredee

1    Bo o y s a (12 a, b) przy czym dla naturalnych ciał wysokocząsteczkowych a = 1, skąd V₀ = V'₀ i wzór przechodzi w doświadczalnie potwierdzone równanie (4).

Dla syntetycznych ciał wysokocząsteczkowych o cząstkac h kulistych a musi równać się 0, by V₀ było stałe.

Dla syntetycznych ciał wysokocząsteczkowych o wydłużonych cząstkach trzeba do równania (12 a, b), aby V₀ było stałe w jednym szeregu, wstawiać systematycznie wzrastające wartości na a >>0.

Jak wytłumaczyć powyższą różnicę w zachowaniu się lepkości ciał wysokocząsteczkowych sztucznych i naturalnych? Można je sprowadzić do istnienia koloidów micelar-nych i cząsteczkowych. K. H.Meyer i H. Mark, uważają, że naturalne ciała wysokocząsteczkowe organiczne posiadają w roztworze budowę micelarną(T₀ znaczy że cząstka koloidowa jest zbudowana z masywnych, równolegle zorientowanych cząsteczek łączonych razem przez siły van der W a a 1 s a).

Według Fikentschera i Marka długość cząstek zmienia się tylko w stosunku do pierwiastka kwadratowego objętościowości. Jeżeli sama przez się zmiana długości cząstek jest znikoma, to wydłużenie cząstek, uwidoczniające się w lepkości jest bardzo małe. Stosunek dłuższej i krótszej osi elipsoidu obrotowego zakresu działaniania nie zmienia się prawie dla długich i krótkich miceli.

H. S t a u di n g e r¹⁵) natomiast zalicza koloidy organiczne (za wyjątkiem mydeł i barwników) do grupy koloidów cząsteczkowych, to znaczy że każda cząstka koloidowa składa się z jednej jedynej cząsteczki nitkowej. W przypadkach badania lepkości takich koloidów w wyższych stężeniach

^u) K. H. Meyer i A. v a n d e r W y k, Ber. 69. 545 (1936); H. S t a u d i n g e r, Ber. 69, 203, 1168 (1936). Patrz²); W. Philipoff, Kolloid-Z. 75. 155 (1936), tenże, Kautschuk, 12, 179 (1936). E. Guth, Kolloid-Z. 75, 15 (1936). W. Haller. Kolloid-Z. 56. 265 (1931). W. Kuhn, tamże, 68, 2 (1934); tenże Z. angew. Chcm. 49, 858 (1936).

musi się uwidoczniać wydłużenie, którego miarą jest właśnie stała a.

Przy dalszych badaniach okazało się, że nie wszystkie koloidy micełarne ciał wysokocząsteczkowych podlegają dokładnie równaniu (12 a, b) przy a — 1.

Przy dużych zakresach stężeń stwierdzono, że V₀ ulega jednak odchyleniom, czyli, że a różni się nieco od 1.

Za pomocą przekształconego równania Arrheniusa (6) w równanie (13) wykryto pewne odchylenia dla koloidów kulistych a = 0, dla liniowych AZ> 0, dla naturalnych ciał wysokocząsteczkowych mniej więcej A = 3.

Tak więc z zachowania się czynników a i A przy stałym V₀ można określić czy roztwór zolu zawiera cząstki micełarne czy cząsteczki. W dalszych badaniach wykazali Bredee i de B o o y s, że istnieją naturalne ,,cząsteczki" nitkowe np. odbudowany kauczuk i balata, natomiast syntetycznie otrzymana sól sodowa eukoloidowego kwasu po-liakrylowego zachowała się jak naturalny koloid micelarny. R. Houwink i Klaassen s²¹) wychodzą z równania (1) Papko va, które w granicznym przypadku nie przechodzi w równanie Einsteina i otrzymuje równanie empiryczne:

+ *₂ P⁶

1 + P⁶

Przy czym ma te same znaczenie co objętośćiowość.

Równanie to poniżej stężenia granicznego przechodzi w' równanie (6) zawierające jedną stałą o określonym znaczeniu fizycznym, powyżej stężenia granicznego przyjmuje postać równania (1) Papko vai zawiera dwie stałe charakterystyczne K, i a_t.

Dla zoli o cząstkach kulistych niezależnie od wielkości cząstek a₂ — 1,18, dla cząstek podłużnych <21,18 i to tym mniejsze im dłuższe cząstki. Stąd wynika, że w bardziej stężonych roztworach dłuższe cząstki względnie mniej podwyższają lepkość jak krótsze, a przede wszystkim jak kuliste.

R. Houwink i K. H. Klaassens opierają się w swych rozważaniach na szeregu prac²⁵) i dają energetyczne uzasadnienie powyższego równania, stojąc raczej na stanowisku solw-atacji cząstek. Jednak powyższe równanie można ujmow-ać energetycznie, uważając za Staudingere m²*), że w roztworze znajdują się cząstki nitkow-e. Ostatnio ogłoszone prace nie rozwiązują jeszcze całkowicie zagadnienia lepkości ciał wysokocząsteczkowych, wykazują jednak istnienie równań, które zgodnie z danymi doświadczalnymi od-zwierciadlają zależność lepkości od stężenia, a także od kształtu cząstek. Przy czym wprowadzone do równań stałe mają wyobrażenie fizyczne i to zarówno z punktu widzenia micelar-nej jak i nitkowej budowy cząstek koloidowych.

Prace nad oznaczeniem ciężaru cząstkowego ciał wysokocząsteczkowych posuwają się naprzód²⁷) i dyskusja nad

²⁶)    E. O. Kraemer i L a n s i n g, J. Phs. Chcm. 39, 156 (1935). F. Eirich i H. Mark, Ergebn. exakt. Na-turwiss, 15. (1936).

²®) H. Staudinger i E. D r e h e r, Ber. 69, 1091 (1936). J. W. Mc. Bain i D. A. Scott; Ind. Eng. Chrm. 28, 470 (1936'.

²⁷)    A. Dobry, zbiorowy autoreferat i podane bliższe źródła, Kolloid-Z. 81, 190 (1937); G. V. S c h u I z Z.. Elek-trochem. 42, 692 (1936), Z. angew. Chem. 49, 549 (1936), S. M. N e a I e, J. Soc. Chem. Ind. 55, 602(1936), O. Kr a t k y i A. Mu sil, Oesterr. Chem. Ztg. 40, 144, (1937).