Физикохимия растворов полимеров и композиционных полимерных материалов

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации 

Федеральное государственное бюджетное  

образовательное учреждение высшего образования  

«Казанский национальный исследовательский  

технологический университет» 

 
 
 
 
 
 
 
 
 

 

 

ФИЗИКОХИМИЯ РАСТВОРОВ 

ПОЛИМЕРОВ И КОМПОЗИЦИОННЫХ 

ПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ 

 
 
 

Методические указания 

 
 
 
 

 
 

 
 
 
 

Казань 

Издательство КНИТУ 

2018 

УДК 678.01.002.6(07)
ББК Г713.6я7

Ф50

 

Печатаются по решению методической комиссии  

института полимеров 

 

Рецензенты: 

канд. хим. наук, проф. С. А. Богданова 
канд. техн. наук, доц. И. З. Файзуллин 

 
 
 
 
 
 
 
 
 

Составители: 

доц. А. А. Коноплева 

ассист. А. Р. Гатауллин 

проф. Ю. Г. Галяметдинов 

 
 

Ф50

Физикохимия растворов полимеров и композиционных полимерных 
материалов : методические указания / сост.: А. А. Коноплева, 
А. Р. Гатауллин, Ю. Г. Галяметдинов; Минобрнауки России, Казан. 
нац. исслед. технол. ун-т. – Казань : Изд-во КНИТУ, 2018. – 68 с.

 

Содержат рекомендации по выполнению лабораторных работ по дис
циплине «Физикохимия композиционных полимерных материалов». 

Предназначены для магистрантов направления 18.04.01 «Химическая 

технология» программы подготовки «Физико-химические основы инновационных технологий надмолекулярно-организованных систем». 

Подготовлены на кафедре физической и коллоидной химии. 
 
 

 

УДК 678.01.002.6(07)
ББК Г713.6я7

СОДЕРЖАНИЕ 

 

Введение ...................................................................................................... 4 

Лабораторная работа 1. Изучение концентрационной  
зависимости вязкости растворов полимеров ........................................... 6 

Лабораторная работа 2. Определение молекулярной массы  
полимера .................................................................................................... 15 

Лабораторная работа 3. Фракционирование полимеров 
по молекулярной массе ............................................................................ 24 

Лабораторная работа 4. Эффективная вязкость растворов  
полимеров .................................................................................................. 30 

Лабораторная работа 5. Исследование кинетики набухания  
ограниченно набухающего полимера (полимерного композита) ........ 35 

Лабораторная работа 6. Определение изоэлектрической точки  
полиамфолитов ......................................................................................... 42 

Лабораторная работа 7. Определение обменной емкости  
катионита ................................................................................................... 50 

Лабораторная работа 8. Влияние концентрации  
полиакриламидных флокулянтов на кинетику процесса  
седиментации дисперсных систем .......................................................... 56 

Библиографический список ..................................................................... 66 

 
 

ВВЕДЕНИЕ 

 

Методические указания по выполнению лабораторных работ 

способствуют выполнению задач, стоящих при изучении дисциплины 
«Физикохимия композиционных полимерных материалов» по магистерской программе «Физико-химические основы инновационных 
технологий надмолекулярно-организованных систем».  

Методические указания направлены на выполнение лаборатор
ных работ, посвященных исследованию растворов полимеров, их приведенной и характеристической вязкости (лаб. раб. 1), определению 
молекулярной массы полимера (лаб. раб. 2) и фракционированию полимеров по молекулярной массе (лаб. раб. 3); эффективной (структурной) вязкости растворов полимеров (лаб. раб. 4). При  исследовании 
кинетики набухания полимерных композитов (лаб. раб. 5) магистрант 
должен убедиться в том, что полимерный композит отличается от ненаполненного полимера степенью и константой скорости набухания. 

В лабораторной работе 6 рассматриваются полимерные амфо
терные полиэлектролиты, применяемые в качестве структурообразователей, а также флокулянтов и коагулянтов. Особенность строения полиамфолита дает возможность определить его изоэлектрическое состояние в определенной области pH, в которой макромолекулы представляют собой цвиттерионы. Приводятся два варианта выполнения 
этой работы. 

Лабораторная работа 7 «Определение обменной емкости катио
нита» посвящена полимерным композитам, способным обмениваться 
ионами из раствора. Полимерные иониты широко используются для 
очистки (деминерализации) воды, получении химически чистых реактивов, при крашении и др. 

В лабораторной работе 8 магистранты должны исследовать 

влияние полимерного флокулянта на кинетику процесса седиментации 
дисперсных систем. Эта работа очень важна в понимании промышленных процессов очистки природных и сточных вод, осаждения и 
концентрирования шламов в процессах угле- и рудообогащения и др. 

В лабораторных работах четко ставятся цели, приводятся вопро
сы для самостоятельной проработки теоретического материала, дается 
краткое теоретическое введение, содержащее сведения для выполнения лабораторной работы, подробно описан эксперимент и приводятся 
вопросы для самоконтроля полученных знаний. Выполнение лабора

торных работ способствует развитию творческого мышления студентов, формирует у магистрантов специальных знаний и компетенций 
для выполнения научно-исследовательской и инновационной деятельности. 

 
Сдача лабораторной работы заключается в предоставлении от
чета о проведенном исследовании, и ее защите. Отчет должен иметь 
следующую структуру: 

1) номер лабораторной работы; название лабораторной работы; 
2) цель работы; 
3) краткий конспект по теории к лабораторной работе; 
4) описание установок, материалов, реактивов; 
5) методика выполнения работы; 
6) обработка результатов исследования (таблицы, графики, под
робные расчеты); 

7) анализ результатов исследования, выводы по работе. 
 
 
 
 
 
Составители методических указаний выражают благодар
ность сотрудникам кафедры физической и коллоидной химии, принимавшим участие в создании вышеприведенных лабораторных работ: 
профессору В. П. Барабанову, профессору А. Я. Третьяковой, профессору С. В. Крупину, профессору Х. М. Ярошевской, доценту Д. М. Торсуеву, профессору В. Е. Проскуриной. 

 

 
 

Лабораторная работа 1 

 

ИЗУЧЕНИЕ КОНЦЕНТРАЦИОННОЙ ЗАВИСИМОСТИ 

ВЯЗКОСТИ РАСТВОРОВ ПОЛИМЕРОВ 

 

Цель работы: измерить время истечения растворов полимера 

различной концентрации в неполярном и полярном растворителях, 
построить зависимость приведенной вязкости растворов полимера от 
концентрации, определить предельные числа вязкости в неполярном и 
полярном растворителях. 

Приборы и реактивы: термостат, вискозиметр, пипетки на 5 и 

20 мл, исходный раствор полимера известной концентрации, растворитель, резиновая груша. 

Вопросы для подготовки к коллоквиуму: растворение полимеров; 

вязкость растворов полимеров; приведенная вязкость и ее зависимость 
от концентрации полимера в растворе; уравнение Хаггинса; характеристическая вязкость; зависимость приведенной вязкости от концентрации для растворов полиэлектролитов и уравнения, описывающие 
эту зависимость. 
 
 

Теоретическое введение 

 

Процессы взаимодействия полимеров с низкомолекулярными 

жидкостями имеют большое значение при синтезе полимеров, их переработке в изделия и в условиях эксплуатации этих изделий в различных жидких средах. При растворении полимеров в низкомолекулярных жидкостях прежде всего следует учитывать химическую природу взаимодействующих компонентов. 

При взаимодействии полимера с низкомолекулярной жидкостью 

могут образовываться истинные (гомогенные) растворы или коллоидные системы (латексы). Истинные растворы обладают следующими 
признаками: наличие сродства между компонентами, самопроизвольное образование, термодинамическая устойчивая однофазность, отсутствие поверхностей раздела, обратимость. 

Вследствие огромной разницы в размерах молекул высокомоле
кулярных соединений и растворителя растворение полимеров имеет 
свои специфические особенности, к которым относятся явление набу

хания, предшествующее растворению; длительность установления 
равновесия и высокая вязкость даже разбавленных растворов. 

В любом истинном растворе, если он не бесконечно разбавлен, в 

результате взаимодействия молекул растворенного вещества друг с 
другом образуются ассоциаты, обратимо разрушающиеся под влиянием теплового движения. Полимер может быть диспергирован до молекул только при очень большом разбавлении. 

Высокомолекулярные соединения так же, как и низкомоле
кулярные вещества можно разделить на электролиты и неэлектролиты. 
Полимеры, содержащие в своем составе функциональные группы, 
способные диссоциировать при растворении, называют полиэлектролитами. Для них характерно, что в одной макромолекуле возникает 
большое число периодически повторяющихся зарядов. В зависимости 
от природы функциональных групп различают поликислоты, полиоснования, полиамфолиты. 

При растворении компонента происходит уменьшение хи
мического потенциала (Δµi<0). Причем, чем больше абсолютные значения Δµi и ΔG, тем больше термодинамическое сродство между компонентами, тем лучше будет идти процесс взаимодействия (растворения) компонентов. 

Характерным свойством растворов высокомолекулярных соеди
нений является высокая вязкость, которая значительно выше вязкости 
растворов низкомолекулярных веществ и коллоидных систем тех же 
концентраций. Для количественной оценки вязкости разбавленных 
растворов полимеров часто пользуются не абсолютными значениями 
коэффициента вязкости, а так называемой относительной вязкостью 
раствора ηотн, т.е. отношением вязкости раствора η к вязкости растворителя η0: 

ηотн  η

η 

                                                          

Приращение вязкости, вызванное добавлением к растворителю 

полимера, отнесенное к вязкости чистого растворителя, называется 
удельной вязкостью раствора: 

ηуд  

η  η 

η 

 ηотн