Herald of Technological University Herald of Technological University ВЕСТНИК ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА 3034-4689 62395 ХИМИЯ, ТЕХНОЛОГИЯ И ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПОЛИМЕРОВ ХИМИЯ, ТЕХНОЛОГИЯ И ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПОЛИМЕРОВ VISCOELASTIC PROPERTIES OF THE POLYSTYRENE IN CONCENTRATED SOLUTIONS AND MELTS (PART 2) Medvedevskikh Yu G Medvedevskikh Yu G Khavunko O Yu Khavunko O Yu Bazylyak L I Bazylyak L I Zaikov G E Zaikov G E ov_stoyanov@mail.ru Институт физико-органической химии и углехимии имени Л.М. Литвиненко Национальной академии наук Украины ru Институт физико-органической химии и углехимии имени Л.М. Литвиненко Национальной академии наук Украины ru Институт физико-органической химии и углехимии имени Л.М. Литвиненко Национальной академии наук Украины ru Институт физико-органической химии и углехимии имени Л.М. Литвиненко Национальной академии наук Украины ru Институт физико-органической химии и углехимии имени Л.М. Литвиненко Национальной академии наук Украины ru Институт физико-органической химии и углехимии имени Л.М. Литвиненко Национальной академии наук Украины ru КНИТУ ru КНИТУ ru 01 08 2025 01 08 2025 17 2 144 154 20 04 2023 https://vestniktu.ru/en/nauka/article/62395/view

Экспериментально исследована зависимость градиента эффективной вязкости η для концентрированных растворов полистирола в толуоле при трех концентрациях ρ = 0,4∙10 5; 0,5∙10 5; 0,7∙10 5 г/м 3 соответственно для четырех фракций полистирола со средними молярными массами М = 5,1∙10 4; 4,1∙10 4; 3,3∙10 4; 2,2∙10 4 г/моль соответственно. Для каждой пары значений ρ и М зависимость градиента вязкости изучалась при четырех температурах: 25, 30, 35 и 40°С. Эффективная вязкость расплавов полистирола была изучена для тех же фракций, но при температурах 190, 200 и 210°С. Исследования были проведены с использованием ротационного вискозиметра «Rheotest 2,1» при разных угловых скоростях ω вращения рабочего цилиндра. Анализ зависимостей η (ω) позволяет выделить фрикционный η f и упругий компонент η e вязкости и изучить их зависимость от температуры Т, концентрации ρ и длины цепи N. Было установлено, что относительное движение переплетенных между собой полимерных цепей в клубке дает основной вклад в фрикционную составляющую вязкости. Упругий компонент вязкости η е определяется упругими свойствами конформационного объема клубка полимерных цепей при деформации сдвига. На основе экспериментальных данных были получены численные значения характеристического времени и энергии активации сегментального движения. В случае расплава значение Е и ΔS*/R примерно в два раза больше тех же значений для разбавленных и концентрированных растворов полистирола в толуоле; это означает, что динамические свойства полимерных цепей в расплаве значительно ближе значениям этих свойств в полимерной матрице, чем в растворах. Проведенный анализ и обобщение полученных экспериментальных данных показывает, что так же, как и для низкомолекулярных жидкостей, изучение вязкости полимерных растворов позволяет достаточно адекватно оценить характеристическое время сегментальной подвижности, соответственно которому коэффициенты диффузии полимерных цепей могут быть рассчитаны в растворах и расплаве, другими словами, чтобы определить их динамические характеристики.

A gradient dependence of the effective viscosity η for the concentrated solutions of the polystyrene in toluene at three concentrations ρ = 0,4∙10 5; 0,5∙10 5; 0,7∙10 5 g/m 3 correspondingly for the fourth fractions of the polystyrene with the average molar weights М = 5,1∙10 4; 4,1∙10 4; 3,3∙10 4; 2,2∙10 4 g/mole respectively has been experimentally investigated . For every pair of the values ρ and М a gradient dependence of the viscosity was studied at four temperatures: 25, 30, 35 and 40° С . An effective viscosity of the melts of polystyrene was studied for the same fractions, but at the temperatures 190, 200 and 210° С . The investigations have been carried out with the use of the rotary viscosimeter «Rheotest 2.1 » under the different angular velocities ω of the working cylinder rotation . An analysis of the dependencies η(ω) permitted to mark the frictional η f and elastic η e components of the viscosity ant to study their dependence on temperature Т, concentration ρ and on the length of a chain N. It was determined, that the relative movement of the intertwined between themselves polymeric chains into m-ball, which includes into itself the all possible effects of the gearings, makes the main endowment into the frictional component of the viscosity. The elastic component of the viscosity η е is determined by the elastic properties of the conformational volume of the m-ball of polymeric chains under its shear strain. The numerical values of the characteristic time and the activation energy of the segmental movement were obtained on the basis of the experimental data. In a case of a melt the value of E and ΔS*/R are approximately in two times more than the same values for the diluted and concentrated solutions of the polystyrene in toluene; this means that the dynamic properties of the polymeric chains in melt are considerably near to their values in polymeric matrix than in solutions. Carried out analysis and generalization of the obtained experimental data show that as same as for low-molecular liquids the studying of the viscosity of polymeric solutions permits sufficient adequate to estimate the characteristic time of the segmental movement accordingly to which the coefficients of polymeric chains diffusion can be calculated in solutions and melt, in other words, to determine their dynamic characteristics.

effective viscosity frictional and elastic components of the viscosity m-ball segmental motion activation energy эффективная вязкость фрикционный и упругий компоненты вязкости клубок сегментальная подвижность энергия активации effective viscosity frictional and elastic components of the viscosity m-ball segmental motion activation energy эффективная вязкость фрикционный и упругий компоненты вязкости клубок сегментальная подвижность энергия активации

Ferry J. D. Viscoelastic Properties of Polymers / J. D. Ferry - N.Y.: John Wiley and Sons, 1980. - 641 p. Ferry J. D. Viscoelastic Properties of Polymers / J. D. Ferry - N.Y.: John Wiley and Sons, 1980. - 641 p. De Gennes P. G. Scaling Concepts in Polymer Physics / P.G. de Gennes - Ithaca: Cornell Univ. Press, 1979. - 300 p. De Gennes P. G. Scaling Concepts in Polymer Physics / P.G. de Gennes - Ithaca: Cornell Univ. Press, 1979. - 300 p. Tsvietkov V. N. The Structure of Macromolecules in Solutions / V. N. Tsvietkov, V. E. Eskin, S. Ya. Frenkel - M.: «Nauka», 1964. - 700 p. (in Russian) Tsvietkov V. N. The Structure of Macromolecules in Solutions / V. N. Tsvietkov, V. E. Eskin, S. Ya. Frenkel - M.: «Nauka», 1964. - 700 p. (in Russian) Malkin А. Ya. Rheology: Conceptions, Methods, Applications / А. Ya. Malkin, А. I. Isayev - M.: «Proffesiya», 2010. - 560 p. (in Russian) Malkin A. Ya. Rheology: Conceptions, Methods, Applications / A. Ya. Malkin, A. I. Isayev - M.: «Proffesiya», 2010. - 560 p. (in Russian) Grassley W. W. The Entanglement Concept in Polymer Rheology / W. W. Grassley // Adv. Polym. Sci. - 1974. - v. 16. - p. p. 1-8. Grassley W. W. The Entanglement Concept in Polymer Rheology / W. W. Grassley // Adv. Polym. Sci. - 1974. - v. 16. - p. p. 1-8. Eyring H. Viscosity, Plasticity, and Diffusion as Examples of Absolute Reaction Rates / H. Eyring // J. Chem. Phys. - 1936. - v. 4. - p. p. 283-291. Eyring H. Viscosity, Plasticity, and Diffusion as Examples of Absolute Reaction Rates / H. Eyring // J. Chem. Phys. - 1936. - v. 4. - p. p. 283-291. Peterlin A. Gradient Dependence of the Intrinsic Viscosity of Linear Macromolecules / A. Peterlin, M. Čopic // J. Appl. Phys. - 1956. - v. 27. - p. p. 434-438. Peterlin A. Gradient Dependence of the Intrinsic Viscosity of Linear Macromolecules / A. Peterlin, M. Čopic // J. Appl. Phys. - 1956. - v. 27. - p. p. 434-438. Ikeda Ya. On the effective diffusion tensor of a segment in a chain molecule and its application to the non-newtonian viscosity of polymer solutions / Ya. Ikeda // J. Phys. Soc. Japan. - 1957. - v. 12. - p. p. 378-384. Ikeda Ya. On the effective diffusion tensor of a segment in a chain molecule and its application to the non-newtonian viscosity of polymer solutions / Ya. Ikeda // J. Phys. Soc. Japan. - 1957. - v. 12. - p. p. 378-384. Hoffman M. Strukturviskositat und Molekulare Struktur von Fadenmolekulen / M. Hoffman, R. Rother // Macromol. Chem. - 1964. - v. 80. - p. p. 95-111. Hoffman M. Strukturviskositat und Molekulare Struktur von Fadenmolekulen / M. Hoffman, R. Rother // Macromol. Chem. - 1964. - v. 80. - p. p. 95-111. Leonov А. I. Theory of Tiksotropy / А. I. Leonov, G. V. Vynogradov // Reports of the Academy of Sciences of USSR. - 1964. - v. 155. - № 2. - p. p. 406-409. Leonov A. I. Theory of Tiksotropy / A. I. Leonov, G. V. Vynogradov // Reports of the Academy of Sciences of USSR. - 1964. - v. 155. - № 2. - p. p. 406-409. Williams M. C. Concentrated Polymer Solutions: Part II. Dependence of Viscosity and Relaxation Time on Concentration and Molecular Weight / M. C. Williams // A. I. Ch. E. Journal. - 1967. - v. 13. - № 3 - p. p. 534-539. Williams M. C. Concentrated Polymer Solutions: Part II. Dependence of Viscosity and Relaxation Time on Concentration and Molecular Weight / M. C. Williams // A. I. Ch. E. Journal. - 1967. - v. 13. - № 3 - p. p. 534-539. Bueche F. Viscosity of Polymers in Concentrated Solution / F. Bueche // J. Chem. Phys. - 1956. - Vol. 25. - P. 599 - 605. Bueche F. Viscosity of Polymers in Concentrated Solution / F. Bueche // J. Chem. Phys. - 1956. - Vol. 25. - P. 599 - 605. Edvards S. F. The Effect of Entanglements of Diffusion in a Polymer Melt / S. F. Edvards, J. W. Grant // Journ. Phys. - 1973. - v. 46. - p. p. 1169-1186. Edvards S. F. The Effect of Entanglements of Diffusion in a Polymer Melt / S. F. Edvards, J. W. Grant // Journ. Phys. - 1973. - v. 46. - p. p. 1169-1186. De Gennes P. G. Reptation of a Polymer Chain in the Presence of Fixed Obstacles / P. G de Gennes // J. Chem. Phys. - 1971. - v. 55. - p. p. 572-579. De Gennes P. G. Reptation of a Polymer Chain in the Presence of Fixed Obstacles / P. G de Gennes // J. Chem. Phys. - 1971. - v. 55. - p. p. 572-579. Medvedevskikh Yu. G. Gradient Dependence of the Viscosity for Polymeric Solutions and Melts / Yu. G. Medvedevskikh, A. R. Kytsya, L. I. Bazylyak, G.E Zaikov // Conformation of Macromolecules. Thermodynamic and Kinetic Demonstrations - N. Y.: Nova Sci. Publishing, 2007. - p. p. 145-157. Medvedevskikh Yu. G. Gradient Dependence of the Viscosity for Polymeric Solutions and Melts / Yu. G. Medvedevskikh, A. R. Kytsya, L. I. Bazylyak, G.E Zaikov // Conformation of Macromolecules. Thermodynamic and Kinetic Demonstrations - N. Y.: Nova Sci. Publishing, 2007. - p. p. 145-157. Medvedevskikh Yu. G. Phenomenological Coefficients of the Viscosity of Low-Molecular Simple Liquids and Solutions / Medvedevskikh Yu. G., Khavunko О. Yu. // Collection Book: Shevchenko’ Scientific Society Reports - 2011 - v. 28 - p. p. 70 - 83 (in Ukrainian). Medvedevskikh Yu. G. Phenomenological Coefficients of the Viscosity of Low-Molecular Simple Liquids and Solutions / Medvedevskikh Yu. G., Khavunko O. Yu. // Collection Book: Shevchenko’ Scientific Society Reports - 2011 - v. 28 - p. p. 70 - 83 (in Ukrainian). Medvedevskikh Yu. G. Viscosity of Polymer Solutions and Melts / Yu. G. Medvedevskikh // Conformation of Macromolecules Thermodynamic and Kinetic Demonstrations - N. Y.: Nova Sci. Publishing, 2007. - p. p. 125-143. Medvedevskikh Yu. G. Viscosity of Polymer Solutions and Melts / Yu. G. Medvedevskikh // Conformation of Macromolecules Thermodynamic and Kinetic Demonstrations - N. Y.: Nova Sci. Publishing, 2007. - p. p. 125-143. Medvedevskikh Yu. G. Statistics of Linear Polymer Chains in the Self-Avoiding Walks Model / Yu. G. Medvedevskikh // Condensed Matter Physics. - 2001. - vol. 2. - № 26. - p. p. 209-218. Medvedevskikh Yu. G. Statistics of Linear Polymer Chains in the Self-Avoiding Walks Model / Yu. G. Medvedevskikh // Condensed Matter Physics. - 2001. - vol. 2. - № 26. - p. p. 209-218. Medvedevskikh Yu. G. Conformation and Deformation of Linear Macromolecules in Dilute Ideal Solution in the Self-Avoiding Random Walks Statistics / Yu. G. Medvedevskikh // Journ. Appl. Polym. Sci, 2008. - v.109. - № 4. Medvedevskikh Yu. G. Conformation and Deformation of Linear Macromolecules in Dilute Ideal Solution in the Self-Avoiding Random Walks Statistics / Yu. G. Medvedevskikh // Journ. Appl. Polym. Sci, 2008. - v.109. - № 4. Medvedevskikh Yu.G., Khavunko O.Yu., Bazylyak L.I., Zaikov G.E. Viscoelastic properties of the polystyrene in concentrated solutions and melts (Рart 1). Vestnik Kazanskogo tekhnologicheskogo universiteta. - 2014. - T.17. - №1. - P.155-164. Medvedevskikh Yu.G., Khavunko O.Yu., Bazylyak L.I., Zaikov G.E. Viscoelastic properties of the polystyrene in concentrated solutions and melts (Rart 1). Vestnik Kazanskogo tekhnologicheskogo universiteta. - 2014. - T.17. - №1. - P.155-164. Medvedevskikh Yu. Frictional and Elastic Components of the Viscosity of Polysterene-Toluene Diluted Solutions / Yu. Medvedevskikh, O. Khavunko // Chemistry & Chemical Technology - 2011 - v. 5 - № 3 - p. p. 291-302. Medvedevskikh Yu. Frictional and Elastic Components of the Viscosity of Polysterene-Toluene Diluted Solutions / Yu. Medvedevskikh, O. Khavunko // Chemistry & Chemical Technology - 2011 - v. 5 - № 3 - p. p. 291-302. Medvedevskikh Yu. G. Conformation of Linear Macromolecules in the Real Diluted Solution / Yu. G. Medvedevskikh., L. I. Bazylyak, A. R. Kytsya // Conformation of Macromolecules Thermodynamic and Kinetic Demonstrations - N. Y.: Nova Sci. Publishing, 2007. - p. p. 35-53. Medvedevskikh Yu. G. Conformation of Linear Macromolecules in the Real Diluted Solution / Yu. G. Medvedevskikh., L. I. Bazylyak, A. R. Kytsya // Conformation of Macromolecules Thermodynamic and Kinetic Demonstrations - N. Y.: Nova Sci. Publishing, 2007. - p. p. 35-53. Kuhn H. Effects of Hampered Draining of Solvent on the Translatory and Rotatory Motion of Statistically Coiled Long-Chain Molecules in Solution. Part II. Rotatory Motion, Viscosity, and Flow Birefringence / H. Kuhn, W. Kuhn // J. Polymer. Sci. - 1952. - v. 9. - p. p. 1-33. Kuhn H. Effects of Hampered Draining of Solvent on the Translatory and Rotatory Motion of Statistically Coiled Long-Chain Molecules in Solution. Part II. Rotatory Motion, Viscosity, and Flow Birefringence / H. Kuhn, W. Kuhn // J. Polymer. Sci. - 1952. - v. 9. - p. p. 1-33. Tobolsky A. V. Viscoelastic Properties of Monodisperse Polystyrene / A. V. Tobolsky, J. J. Aklonis, G. Akovali // J. Chem. Phys. - 1965. - v. 42. - № 2 - p. p. 723-728. Tobolsky A. V. Viscoelastic Properties of Monodisperse Polystyrene / A. V. Tobolsky, J. J. Aklonis, G. Akovali // J. Chem. Phys. - 1965. - v. 42. - № 2 - p. p. 723-728. Medvedevskikh Yu. G. Kinetics of Bimolecular Radicals Decay in Different Polymeric Matrixes / Yu. G. Medvedevskikh, A. R. Kytsya, O. S. Holdak, G. I. Khovanets, L. I. Bazylyak, G. E. Zaikov // Conformation of Macromolecules Thermodynamic and Kinetic Demonstrations - N. Y.: Nova Sci. Publishing, 2007. - p. p. 139-209. Medvedevskikh Yu. G. Kinetics of Bimolecular Radicals Decay in Different Polymeric Matrixes / Yu. G. Medvedevskikh, A. R. Kytsya, O. S. Holdak, G. I. Khovanets, L. I. Bazylyak, G. E. Zaikov // Conformation of Macromolecules Thermodynamic and Kinetic Demonstrations - N. Y.: Nova Sci. Publishing, 2007. - p. p. 139-209. Medvedevskikh Yu. G. Diffusion Coefficient of Macromolecules into Solutions and Melts / Yu. G. Medvedevskikh // Conformation of Macromolecules. Thermodynamic and Kinetic Demonstrations - N. Y.: Nova Sci. Publishing, 2007 - p. p. 107-123. Medvedevskikh Yu. G. Diffusion Coefficient of Macromolecules into Solutions and Melts / Yu. G. Medvedevskikh // Conformation of Macromolecules. Thermodynamic and Kinetic Demonstrations - N. Y.: Nova Sci. Publishing, 2007 - p. p. 107-123.