Диэлектрическая проницаемость

Расчет диэлектрической проницаемости полимеров по их химическому строению является важной задачей с точки зрения направленного синтеза полимеров с заданной диэлектрической проницаемостью, а также для оценки полярности (магнитного момента) повторяющегося звена полимера, что имеет существенное значение для предсказания растворимости полимера. Потому количественную оценку диэлектрической проницаемости полезно также проводить и для органических жидкостей, являющихся растворителями полимеров.

Формула для расчета диэлектрической проницаемости (ε) выглядит следующим образом [9]:

(25)

где Р – мольная поляризуемость, является аддитивной величиной и складывается из поляризуемости атомов, а также из инкрементов поляризуемости, связанных с наличием различных типов химических связей (двойная, тройная) и с другими особенностями молекул. Для неполярных молекул диэлектрическая проницаемость обусловлена только деформационной поляризацией и, согласно соотношению Максвелла, практически совпадает с квадратом показателя преломления в области высоких частот ε ≈ n². Для таких полимеров мольная рефракция R практически совпадает с молярной поляризацией Р. Для полярных молекул картина несколько осложняется. Под действием электрического поля у них происходит ориентация постоянных диполей. Эти диполи возникают за счет наличия полярных групп в полимере, таких, как –ОН, -СО-, -СОО- и т.д. это приводит к тому, что величина поляризации Р для этих групп превышает величину рефракции R. Учитывая вышесказанное, величина поляризуемости записывается как:

где R_i – молярная рефракция данной группы;

∆R_i – поправка на ориентацию диполей (Таблица 34 [9])

Величины эти вычислены с помощью линейного регрессионного анализа на основании сравнения показателей преломления и диэлектрической проницаемости большого числа полярных полимеров. Тогда учитывая поправку (19) уравнение (20) можно записать как:

(27)

Для более точного расчета диэлектрической проницаемости полимеров при комнатной температуре желательно учитывать температурную зависимость коэффициента молекулярной упаковки. Это относится в первую очередь к полимерам, находящимся при комнатной температуре в высокоэластическом состоянии.

По полученному значению диэлектрической проницаемости мы можем оценить полярность (магнитный момент) повторяющегося звена полимера, что имеет существенное значение для предсказания растворимости полимера.