पॉलीमर विलयन और रियोलॉजी
पॉलीमर विलयन और रियोलॉजी यह वर्णन करते हैं कि घुलने या पिघलने पर शृंखलाएँ कैसे व्यवहार करती हैं: उनकी संरचनाएँ और आयाम, मिश्रण का ऊष्मागतिकी, और प्रवाह व्यवहार जो प्रत्येक प्रसंस्करण संचालन को नियंत्रित करता है।
Definition
पॉलीमर विलयन और रियोलॉजी घुली हुई पॉलीमर शृंखलाओं के ऊष्मागतिक और संरूपणात्मक व्यवहार और पॉलीमर विलयनों और मेल्ट के विरूपण और प्रवाह (रियोलॉजी) का अध्ययन है, जो इन्हें मोलर द्रव्यमान, सांद्रता और तापमान से संबंधित करता है।
Scope
यह क्षेत्र पॉलीमर विलयनों के भौतिक रसायन विज्ञान और पॉलीमर तरल पदार्थों के प्रवाह को शामिल करता है: फ्लोरी-हगिन्स सिद्धांत के माध्यम से विलयन ऊष्मागतिकी, यादृच्छिक-कुंडल संरचना और शृंखला आयामों का स्केलिंग, तनु-विलयन विस्कोमेट्री और आंतरिक श्यानता, और मेल्ट रियोलॉजी जिसमें उलझाव, शियर थिनिंग, विस्कोइलास्टिक प्रवाह और रेप्टेशन शामिल हैं। यह आणविक संरचना को श्यानता और प्रत्यास्थता से जोड़ता है जो प्रसंस्करण को नियंत्रित करते हैं।
Sub-topics
Core questions
- क्या नियंत्रित करता है कि एक पॉलीमर घुलता है या नहीं, और एक दिया गया विलायक कितना अच्छा है?
- एक पॉलीमर कुंडल कितना बड़ा होता है और इसका आकार मोलर द्रव्यमान के साथ कैसे बढ़ता है?
- आंतरिक श्यानता मोलर द्रव्यमान और शृंखला आयामों की रिपोर्ट कैसे करती है?
- पॉलीमर मेल्ट शियर-थिन क्यों होते हैं और प्रत्यास्थ प्रवाह क्यों दिखाते हैं, और मोलर द्रव्यमान श्यानता को कैसे निर्धारित करता है?
Key theories
- फ्लोरी-हगिन्स विलयन सिद्धांत
- पॉलीमर-विलायक मिश्रण का एक जाली मॉडल लंबी शृंखलाओं के मिश्रण की छोटी एन्ट्रापी को एक अंतःक्रिया पैरामीटर के साथ जोड़ता है ताकि घुलनशीलता, चरण व्यवहार और थीटा स्थितियों के अस्तित्व की भविष्यवाणी की जा सके जहां शृंखलाएँ आदर्श रूप से व्यवहार करती हैं।
- रेप्टेशन और उलझाव
- एक महत्वपूर्ण मोलर द्रव्यमान से ऊपर, शृंखलाएँ उलझ जाती हैं और एक शृंखला अपने पड़ोसियों द्वारा बनाई गई एक ट्यूब के साथ साँप जैसी रेप्टेशन द्वारा चलती है, यह भविष्यवाणी करती है कि मेल्ट श्यानता मोलर द्रव्यमान के साथ तेजी से बढ़ती है और पॉलीमर तरल पदार्थों की विस्कोइलास्टिसिटी की व्याख्या करती है।
Mechanisms
एक घुली हुई शृंखला एक उतार-चढ़ाव वाली यादृच्छिक-कुंडल संरचना अपनाती है जिसका आकार विलायक की गुणवत्ता पर निर्भर करता है: अच्छे विलायकों में विस्तारित, थीटा स्थिति में आदर्श, और खराब विलायकों में संकुचित, जिसमें फ्लोरी-हगिन्स सिद्धांत अंतर्निहित मिश्रण ऊष्मागतिकी का वर्णन करता है। आंतरिक श्यानता कुंडल के हाइड्रोडायनामिक आयतन और, मार्क-हाउविंक संबंध के माध्यम से, मोलर द्रव्यमान की जाँच करती है। मेल्ट में, छोटी शृंखलाएँ एक श्यान तरल के रूप में प्रवाहित होती हैं, लेकिन उलझाव मोलर द्रव्यमान से ऊपर शृंखलाएँ एक-दूसरे में प्रवेश करती हैं, और तनाव रेप्टेशन द्वारा शिथिल होता है, जिससे श्यानता की तीव्र मोलर-द्रव्यमान निर्भरता, शियर थिनिंग, और प्रवाह के दौरान स्पष्ट प्रत्यास्थ प्रभाव उत्पन्न होते हैं।
Clinical relevance
ये सिद्धांत सूत्रीकरण और प्रसंस्करण दोनों को नियंत्रित करते हैं: विलयन ऊष्मागतिकी कोटिंग्स, कास्टिंग और पुनर्चक्रण के लिए विलायक चयन का मार्गदर्शन करती है; आंतरिक श्यानता मोलर द्रव्यमान का एक मानक तीव्र माप है; और मेल्ट रियोलॉजी एक्सट्रूज़न, इंजेक्शन मोल्डिंग और फाइबर स्पिनिंग व्यवहार को निर्धारित करती है, जिसमें मोलर-द्रव्यमान विंडो भी शामिल है जो शक्ति और प्रवाह के बीच संतुलन बनाती है।
History
फ्लोरी और हगिन्स ने 1941-1942 के आसपास पॉलीमर विलयनों के जाली सिद्धांत को स्वतंत्र रूप से विकसित किया, जिससे विलयन ऊष्मागतिकी और थीटा अवधारणा स्थापित हुई। डी गेनेस द्वारा 1971 में प्रस्तावित और डोई और एडवर्ड्स द्वारा एक पूर्ण सिद्धांत के रूप में विकसित रेप्टेशन मॉडल ने उलझे हुए मेल्ट की गतिशीलता को समझाया, जिससे पॉलीमर प्रवाह की आणविक तस्वीर पूरी हुई।
Key figures
- Paul Flory
- Maurice Huggins
- Pierre-Gilles de Gennes
- Masao Doi
- Samuel Edwards
Related topics
Seminal works
- rubinstein2003
- flory1953
Frequently asked questions
- थीटा विलायक क्या है?
- थीटा तापमान पर एक थीटा विलायक एक ऐसी स्थिति है जहां पॉलीमर-विलायक और पॉलीमर-पॉलीमर अंतःक्रियाएँ संतुलित होती हैं, इसलिए शृंखला न तो फैलती है और न ही सिकुड़ती है और एक आदर्श यादृच्छिक कुंडल के रूप में व्यवहार करती है। यह वास्तविक शृंखला आयामों को मापने के लिए एक प्रमुख संदर्भ अवस्था है।
- मेल्ट श्यानता मोलर द्रव्यमान के साथ इतनी तेजी से क्यों बढ़ती है?
- एक महत्वपूर्ण मोलर द्रव्यमान से नीचे, श्यानता शृंखला की लंबाई के साथ मामूली रूप से बढ़ती है, लेकिन इससे ऊपर शृंखलाएँ उलझ जाती हैं और उन्हें रेप्टेशन द्वारा चलना पड़ता है। इससे श्यानता मोलर द्रव्यमान के साथ लगभग 3.4 की घात तक बढ़ती है, इसलिए मोलर द्रव्यमान में थोड़ी वृद्धि से श्यानता बहुत बढ़ जाती है।