Глава 10.2 Удельные теплоты испарения

Удельные теплоты испарения, измеренные в широком интер­вале влагосодержаний полимерных материалов (до влагосодер­жаний, соответствующих стыковому состоянию влаги), практи­чески равны теплотам испарения жидкостей со свободной по­верхности при температуре опыта. При испарении капиллярно- связанной влаги почти на всех кривых q=f(U) наблюдается небольшая ступенька — увеличение удельной теплоты испарения (см. рис. 2.1, а, бив). Теплота испарения капиллярно-связан­ной влаги невелика и обычно составляет несколько процентов от суммарной теплоты испарения. Вместе с тем, при удалении влаги из неоднороднопористых материалов (например, из сопо­лимеров ВХВД-40 и А-15, поливинилацетата и поливинилбутираля, катионитной смолы КУ-2-8ЧС и др.) величины удельных теплот испарения зависят от радиуса пор. Чем более тонкопо­ристый материал, тем более ощутима эта зависимость, так как с уменьшением радиуса пор уменьшается давление пара над мениском.

Резких границ между теплотой испарения капиллярно-свя­занной влаги и влаги полимолекулярной адсорбции нет. По ме­ре испарения адсорбционно-связанной влаги вплоть до влагосо­держаний, соответствующих заполнению монослоя, кривые плавно поднимаются вверх, затем при дальнейшем уменьшении влагосодержания для всех исследованных полимер­ных материалов наблюдается крутой подъем кривых. Наиболь­шее значение имеют теплоты испарения монослоя, прочно свя­занного с поверхностью полимерных материалов.

Повышение температуры приводит к изменению удельных теплот испарения во всем интервале влагосодержаний полимер­ных материалов. Теплоты испарения с повышением температу­ры уменьшаются.

С ростом температуры приращение теплот испарения связан­ной влаги по сравнению с теплотой испарения со свободной по­верхности полимерных материалов с нежесткой набухающей структурой (полистирол ПС-СУ₂, ПСБ сополимер стирола с дивинилбензолом, полистирол ПС-С) увеличивается (см. табл. 2.1), так как с увеличением температуры этих материалов возра­стает поверхность, а следовательно и число активных центров адсорбции. У материалов с достаточно жесткой структурой (на­пример, аминопласт) с увеличением температуры приращение теплоты испарения связанной влаги уменьшается, так как при повышении температуры разрушается связь между поверхно­стью полимера и молекулами жидкости.

Несовпадение кривых теплот испарения жидкости из бле­стящего и матового лавсана (см. рис. 2.1, г) можно объяснить некоторым различием их пористых структур. Блестящий лав­сан, как показали результаты анализа сорбционно-структурных характеристик, имеет более тонкопористую структуру, чем ма­товый, имеющий добавки. Волнообразный характер кривых за­висимостей теплот испарения от влагосодержания лавсана (см. рис. 2.1, г) связан, очевидно, с неодинаковой адсорбционной ак­тивностью аморфной и кристаллической составляющих полиме­ров.

Величины энергий связи влаги почти со всеми исследован­ными полимерными материалами не превышают тепловых эф­фектов при обычном Ван-дер-Ваальсовом взаимодействии.

Сравнение приращений удельных теплот испарения жидко­стей из полимерных материалов с различной пористой структу­рой позволяет считать, что энергия связи влаги с материалами зависит и от внутренней пористой структуры полимеров. Наи­более прочно влага связана с материалами, имеющими ультра- микропористую структуру (катионитная и анионитная смолы, полиэтилен низкого давления, лавсан), так как для удаления влаги из ультрамнкропор необходимо затратить дополнительное количество энергии на преодоление сил отталкива­ния адсорбционных полей противополож­ных стенок пор.