4.1.4 Вискозиметрическое определение гидратации полимерных частиц в латексах

Гидратацией называют количество воды, связанной с адсорбционным поверхностным слоем стабилизатора латекса и перемещающейся вместе с частицей полимера как единая кинетическая единица. Для ее определения необходимо найти разность объемной доли гидратированных j и негидратированных j₀ частиц полимера в латексе

j_h = j – j_{0 ,} (2.4.37)

гдеj_h– объемная доля воды, связанной с адсорбционным слоем стабилиpатора латекса.

Удельную гидратацию W_h (г воды/г полимера) можно рассчитать, допустив, что плотность связанной воды и полимера стремится к единице.

Тогда

W_h = j_hr_h /(j₀r₀) = ( j - j₀)/ j₀. (2.4.38)

Объемную долю негидратированных частиц определяют по массе сухого остатка, так как

j = V₀/V, (2.4.39)

где V₀ и V– объемы абсолютно сухого остатка и латекса, взятого для анализа.

Но

V₀ = Q₀ / r₀, (2.4.40)

где Q₀-масса абсолютно сухого остатка.

Поэтому при r₀ = 1

j₀ = Q₀ / V. (2.4.41)

Объем негидратированных частиц полимера в единице объема латекса, например в 1см³,

V₀ = j₀ = (4/3)p r₀³ n, (2.4.42)

где r₀, n– радиус негидратированных частиц и их число в единице объема.

Масса всех негидратированных частиц в единице объема латекса

Q₀ = V₀r₀ = (4/3)pr₀³ n r₀= (4/3)pr₀³ n. (2.4.43)

Обозначим радиус гидратированных частиц R_h, толщину гидратной оболочки D = R_h - r₀. Oбъем гидратной оболочки выразим как

v_h = (4/3)p(R_h³ – r₀³). (2.4.44)

При условии, что r_h = 1 г/см³ , масса гидратной оболочки

Q = Vr = (4/3) p(R_h³ – r₀³). (2.4.45)

Следовательно, удельную гидратацию можно рассчитать как

W_h = Q_h / Q₀ = (R_h/r₀)³ – 1. (2.4.46)

Учитывая уравнение (2.4.38), получаем

(j /j₀) – 1 = (R_h/r₀)³ – 1 . (2.4.47)

Но R_h = r₀ + D, поэтому

j /j₀ = (r₀ + D)³ / r₀³ . (2.4.48)

Откуда

D = r₀[(j /j₀)^1/3 – 1] (2.4.49)

или

D= R_h [(j/j₀)^1/3 – 1] /(j /j₀)^1/3. (2.4.50)

Обозначим (j / j₀) = K_hи назовем его коэффициентом гидратации. Тогда можно записать

D = R_h(K_h^1/3-1) / K_h^1/3 (2.4.51)

Следовательно, для расчета как удельной гидратации, так и толщины сольватной оболочки необходимо определить объемную долю гидратированных частиц j_h. Эта величина определяется путем измерения вязкости и расчета j_h, для чего чаще всего используется уравнение Ванда (2.4.20). Радиус гидратированных частиц определяют по интенсивности рассеянного света (метод Геллера).