Глава 2     Впитывание жидкостей

В природе существует несколько механизмов поглощения жидкости материалами, но наиболее распространены из них два:

1. Диффузия.

Диффузия – это взаимное проникновение соприкасающихся веществ вследствие теплового движения частиц вещества. Диффузия имеет место в газах, жидкостях и твердых телах, наиболее быстро диффузия происходит в газах, медленнее - в жидкостях, еще медленнее - в твердых телах, что обусловлено характером теплового движения частиц в этих средах. Диффузия - результат хаотичного движения всех молекул без всякого механического воздействия:

 

               

 

             

 

Диффузия широко распространена в природе: смесь газов, из которых состоит атмосфера, распространение запахов, питание клеток организмов, смешивание жидкостей и т.д.

Капиллярные явления

Капиллярность – это движение жидкости по узкому отверстию, вызванное поверхностным натяжением между жидкостью и окружающим ее материалом. При соприкосновении жидкости с твердой стенкой сосуда, силы притяжения, действующие между молекулами твердого тела и жидкости, заставляют ее подниматься по стенке сосуда, вследствие чего примыкающий к стенке участок поверхности жидкости принимает вогнутую форму.

Чаще всего это явление наблюдается в вертикально поставленных узких стеклянных трубках, узких каналах произвольной формы, пористых телах:

 

Капиллярные явления чрезвычайно важны для растений и сохранения воды в почве. По капиллярным ходам,  вода поднимается к корневой системе растений и снабжает их необходимой влагой и питательными солями.

В быту капиллярные явления используют при самых разнообразных обстоятельствах: применение полотенец, салфеток возможно только благодаря наличию в них капилляров. В технике как один из способов подвода смазки к деталям машин применяют иногда фитильный способ подачи масла, который обусловлен наличием в фитилях капиллярных каналов. В строительном деле приходится учитывать подъем влаги из почвы по порам строительных материалов.

 

3. Механизм поглощения воды гидрогелем

Что же происходит при контакте полимерного гидрогеля с водой? При контакте полимера с растворителем происходит его набухание [5].

Набухание – это самопроизвольный процесс поглощения растворителя (воды) веществом (в нашем случае – полимером), сопровождающийся увеличением массы и объема полимера.

    Изначально полимерные цепочки находятся в свёрнутом состоянии, но под воздействием воды они разворачиваются, и вода проникает внутрь. Причина этому – диффузия: между макромолекулами полимера обычно имеются небольшие пространства, размер которых соизмерим с размером молекул растворителя. Благодаря этому молекулы жидкости достаточно быстро проникают в пространства между макромолекулами, раздвигая молекулярные цепи.

         

 

Другими словами, набухание – это процесс одностороннего смешивания, при котором молекулы низкомолекулярного вещества, благодаря большой подвижности, проникают в пространство между молекулами высокомолекулярного вещества.

Таким образом, гидрогели – это структурированные системы, состоящие из двух компонентов:

- непрерывной трёхмерной макромолекулярной сетки, выступающей в роли каркаса,

- и дисперсионной среды (воды), заполняющей пустоты в сетке.

 

 

Вещества, способные образовывать макромолекулярную структуру гелей, называются гелеобразователями. К ним относятся как неорганические (диоксид кремния, оксид алюминия), так и органические вещества и их смеси (поливиниловый спирт, полиакриламид, желатин, пектиновые вещества и др.)

В качестве низкомолекулярной дисперсионной среды – наполнителя геля – выступают вода, спирты, углеводороды. Гели с водной дисперсионной средой называются гидрогелями, со спиртовой – алкогелями, с углеводородной – органогелями. [6]