ISSN:
1435-1536
Source:
Springer Online Journal Archives 1860-2000
Topics:
Chemistry and Pharmacology
,
Mechanical Engineering, Materials Science, Production Engineering, Mining and Metallurgy, Traffic Engineering, Precision Mechanics
Description / Table of Contents:
Summary A collagen fibre (rat-tail tendon), when tanned, is a crystalline oriented polymeric network. When heated in excess of water this fibre shrinks and transforms into a swollen amorphous polymeric network. The retraction ratioL i/Lc (L i being the length of the amorphous swollen sample in the isotropic state andL c its length in the crystalline oriented state) depends on the density of the cross-links in the sample. Two opposite effects are at the origin of this variation: on the one hand, the degree of swellingv 2 −1 of a given amorphous sample, and consequently its lengthL i, decreases when the density of cross-links increases (L i=L io v 2 −1/3); on the other hand, the isotropic length of the dry (unswollen) amorphous polymeric network formed in the oriented state must increase with and be proportional to the square root of the number of cross-links in the network as has been shown byFlory. We have measured, on differently tanned fibres, the retraction ratiosL i/Lc, the equilibrium swelling ratios in water at 85° C and the concentrations of the cross-links. From these measurements we have calculatedL io/Lc, the retraction ratio in the dry state: the values ofL io/Lc were found to be proportional to the square root of the densities of the cross-links (for the highly tanned fibres) as predicted by the theory. From the coefficient of proportionality the characteristic valuek=[〈r 0 2〉/M]1/3 of the configuration of the amorphous chains was deduced. The value found from such measurements of macroscopic dimensions is in good agreement with the value found byGouinlock et al. (viscosity and light scattering on gelatine solutions).
Abstract:
Zusammenfassung Eine gegerbte Kollagenfaser (Rattenschwanz-Sehne) stellt ein kristallines, orientiertes Polymernetzwerk dar. Beim Erhitzen in Gegenwart von überschüssigem Wasser geht sie unter Kontraktion in ein amorphes, gequollenes Polymernetzwerk über. Der SchrumpfungsgradL i/Lc (L i=Länge des isotropen, gequollenen Fadens,L c=Länge der kristallinen Faser) ist eine Funktion des Vernetzungsgrades. Zwei Effekte sind für diese Abhängigkeit verantwortlich: erstens nimmt der Quellungsgradv 2 −1 des amorphen Fadens und damit seine isotrop-gequollene LängeL i mit dem Vernetzungsgrad ab (L i=L io v 2 −1/3), zweitens muß nachFlory die isotrop-trockene LängeL io eines im orientierten Zustand vernetzten Polymernetzwerkes mit der Quadratwurzel der Vernetzungspunkte zunehmen. Verschieden gegerbte Fasern wurden untersucht und deren SchrumpfungsgradL i/Lc, Quellungsgleichgewicht in Wasser bei 85° C und die Konzentration der Vernetzungspunkte bestimmt. Aus diesen Messungen wurde der Schrumpfungsgrad der trockenen FaserL i/Lc berechnet und der Theorie entsprechend (zumindest bei den stark gegerbten Fasern) der Quadratwurzel der Konzentration an Brückenbindungen proportional gefunden. Aus dem Proportionalitätsfaktor wurde die Konstantek=[〈r 0 2〉/M]1/2 bestimmt, welche für die Konfiguration der amorphen Ketten charakteristisch ist. Die so aus makroskopischen Dimensionen abgeleiteten Werte stimmen mit denen vonGouinlock et al. aus Viskosität und Lichtstreuung in Gelatine-lösungen bestimmten Größen gut überein.
Notes:
Résumé Une fibre de collagène (tendon de queue de rat) tannée constitue un réseau polymérique cristallin orienté. Lorsqu'on le chauffe en présence d'eau en excès, ce réseau se rétracte et se transforme en un réseau polymérique amorphe gonflé. Le degré de rétractionL i/L c L i étant la longueur de l'échantillon amorphe isotrope gonflé etL c sa longueur cristalline) varie avec le degré de pontage des fibres. Deux effets opposés sont à l'origine de cette variation: d'une part, le degré de gonflementv 2 −1 d'une fibre amorphe et donc la longueur isotrope gonfléeL i diminuent quand le pontage augmenteL i=Lio v2 −1/3); d'autre part, la longueur isotrope sècheL io d'un réseau polymérique formé à l'état orienté doit augmenter proportionnellement à la racine carrée du nombre de liens intermoléculaires présents dans le réseau, ainsi que l'a montréFlory. Nous avons mesuré, sur des fibres tannées différemment, les degrés de rétractionL i/Lc, les équilibres de gonflement dans l'eau à 85° C et les concentrations en liens intermoléculaires. A partir de ces mesures, nous avons calculé les degrés de rétraction à l'état sec Lio/Lc: les valeurs deL io/Lc ont été trouvées proportionnelles à la racine carrée des concentrations en ponts (tout au moins avec les fibres fortement tannées) comme le prévoit la théorie. A partir du coefficient de proportionnalité, on a calculé la valeur de la constantek=[〈r 0 2〉/M]1/2 caractéristique de la configuration des chaînes amorphes. La valeur ainsi trouvée à partir de mesures de dimensions macroscopiques est en bon accord avec celle mesurée parGouinlock et al. sur des solutions de gélatine (viscosité et diffusion de la lumière).
Type of Medium:
Electronic Resource
URL:
http://dx.doi.org/10.1007/BF01520316
