Sorbed water on polymers near 0 °C

Summary

Sorption of water has been measured for polyacrylonitrile, polymethylmethacrylate, and atactic and isotactic polystyrene over a range of temperatures from negative to positive degrees centigrade and for polyvinylpyrrolidone at −2 °C, +7 °C and +10 °C. The isosteric heats and differential molar entropies as function of coverage show in the cases of polyacrylonitrile and polymethylmethacrylate that water below monolayer coverage is less strongly bound and of less order then condensed water. At about one monolayer coverage, the sorption goes over to condensation of water. Parameters derived from the BET equation are in agreement with the conclusions derived from isosteric heats and entropies of adsorption. Atactic and isotactic polystyrene do not sorb water at all up to a relative pressure of 0.85 but adsorb some water at higher relative pressures. Polyvinylpyrrolidone is a special case, as it is water soluble. The sorption isotherms have a zero temperature coefficient. They are similar to the “isotherm” previously obtained for “bound” water in freezing PVP solutions. The conclusion is reached that water sorbed on or “bound” to PVP has an ice-like structure.

Zusammenfassung

Das Sorbieren von Wasser an Polyacrylonitril, Polymethylmethacrylat, ataktisches und isotaktisches Polystyrol wurde in einem Temperaturgebiet von negativen bis zu positiven Werten (in der Nähe von 0 °C) gemessen. Für Polyvinylpyrrolidon wurde es nur bei drei Temperaturen gemessen (−2, +7, +10 °C). Isosterische Wärmen und Entropien wurden als Funktion der Flächenbedeckung ausgewertet. Für Polyacrylonitril und Polymethylmethacrylat wurde gezeigt, daß das absorbierte Wasser für Bedeckungen kleiner als eine monomolekulare Schicht schwächer gebunden ist als Wasser zu kondensiertem Wasser; die Ordnung ist auch kleiner als im kondensierten Wasser. Die Konstanten der BET-Gleichung sind im Einklang mit den Schlüssen, die von den isosterischen Wärmen und von den Adsorptions-Entropien gezogen werden können. Ataktisches und isotaktisches Polystyrol absorbieren kein Wasser unter einem relativen Druck von 0.85 und nur sehr wenig bei höheren Drucken. PVP ist ein besonderer Fall, da es wasserlöslich ist. Die Isothermen sind von der Temperatur unabhängig. Sie sind der „Isothermen“ ähnlich, die in einer früheren Arbeit für „gebundenes“ Wasser beim Gefrieren von PVP-Lösungen gefunden wurde. Der Schluß kann gezogen werden, daß Wasser, das absorbiert oder von PVP gebunden ist, eine Struktur ähnlich dem Eis aufweist.