Способ определения характеристической вязкости растворов полимеров Советский патент 1981 года по МПК G01N11/04 

(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ХАРАКТЕРИСТИЧЕСКОЙ ВЯЗКОСТИ РАСТВОРОВ ПОЛИМЕРОВ

1

Изобретение относится к исследованию реологических характеристик растворов полимеров и полимерных систем и может найти применение как в научных исследованиях, так и в промышленной практике при контроле готовой продукции.

Известен способ определения реологических характеристик растворов полимеров. Для определения такой реологической характеристики, как характеристическая вязкость, связанной с молекулярной массой и размерами макромолекул, последовательно исследуют несколько растворов одного и того же полимера в одном и том же растворителе при изменении концентрации раствора 1 j.

К недостаткам известного способа отьосится необходимость приготовления дискретных порций раствора с точно установленной концентрацией полимера, невозможность полной автоматизации процесса измерений из-за дискретности измеряемых систем, длительность операций приготовления раствора.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является способ определения характеристической вязкости растворов полимеров путем непрерывного изменения концентрации исследуемого раствора и измерения скорости его истечения 2.

По этому способу градиент концентрации достигается разбавлением растворителя в раствор. Поэтому для снижения концентрации исходного раствора, например вдвое, нужно добавить равное по объему исходного раствора количество растворителя, т. е. значительно увеличить объем рабочей жидкости а следовательио, время измерений будет длительным. Кроме того, в изветном способе скорость подачи растворителя в смеситель равна скорости истечения раствора из капилляра. Это приводит к тому, что при малых скоростях истечения раствора значитель но увеличивается время истечения. Сокращение времени истечения за счет применения капилляров большего диаметра снизит чувствительность измерений и увеличит ошибку. Повышение давления в смесителе также уменьшает время истечения, но приводит .к турбулентности течения, при которой измеряемые параметры Moryt потерять свой фнзическиЙ смысл. Для определения хар;акте ристической вязкости по известному способу кроме экстраполяции на нулевую концентрацию вещества, необходимо проводить еще одну экстраполяцию по давлению.

Целью изобретения является ускорение процесса измерений характеристической вязкости растворов полимеров.

Эта цель достигается тем, что в известном способе определения характеристической вязкости растворов полимеров путем непрерывного изменения концентрации исследуемого раствора и измерения скорости его истечения, непрерывное изменение концентрации исследуемого раствора обеспечивают .подачей раствора в растворитель при рассогласовании режима изменения концентрации раствора с режимом истечения о скорости истечения исследуемого раствора судят по изменению массы раствора, вытекающего из капилляра, и по измеренному параметру рассчитывают характеристическую вязкость растворов полимеров.

На фиг. I изображен вискозиметр; при помощи которого реализуется данный способ, на фиг. 2 - зависимость массы от времени. Вискозиметр состоит из капиллярной трубки I с резервуаром-смесителем 2 на входе этой трубки. В указанном резервуаресмесителе размещены мещалка 3 и выход дозаториого устройства 4. Вискозиметр выполнен с возможностью термостатирования капиллярной трубки и резервуара-смесителя, например с термостатирующим чехлом 5. На выходе капиллярной трубки находится приемник 6 раствора, установленный на автоматических аналитических весах 7.

Предложенный способ осуществляется следующим образом.

В резервуар-смеситель 2 помещают растворитель, который свободно течет через термостатированную капиллярную трубку 1. Вес вытекшего в приемник 6 растворителя фиксируется во времени при помощи автоматических аналитических весов 7. В некоторый момент времени включается дозаторное устройство 4, которое начинает подавать с определенной скоростью в реЗервуар-смеситель 2 раствор полимера известной концентрации. Одновременно включается мешалка 3. Вес вытекающего раствора фиксируется во времени в приемнике 6 при помо.щи автоматических аналитических весов 7. Расчеты характеристической вязкости растворов полимеров производятся в соотиегствии с формулами;

г t в-

СцЗ еип-ёщ-;(i)

сг)

i/io - ж; .,

c(t)-Co(); t

у

{mo V-t-|lM(t)-M(t,)j

где |}| - характеристическая вязкость полимера;

Т) - вязкость раствора; 1,- - вязкость растворителя; С.()- концентрация раствора в резер вуаре-смесителе в момент времени t;

Со- концентрация раствора в дозаторном устройстве;

V -скорость подачи раствора дозаторным устройством, мл/с; Tib--- масса растворителя в резервуаресмесителе в момент включения дозаторного устройства; M(I) масса жидкости, находящаяся в приемнике в момент времени t; скорость изменения массы раство ра, вытекающего из кпилляра в момент времени t, большем t ; if -момент времени пуска -дозатора; Mo(f- скорость изменения массы растворителя, вытекающего из капилляра для моментов времени t,

меньщем t i).

При этом предполагается, что для разбавленных растворов плотность раствора/ равна плотности растворителя fo, зависимость % от c(t) линейна. Эти условия обычно хорошо выполняются на практике. В специальных случаях в расчетные формулы могут быть введены простые поправочные коэффициенты.

По приведенным выше формулам определяют в каждый момент времени значение

концентрации и относительной вязкости

раствора и находят значение Ч методом

наименьших квадратов.

Интегрирование и нахождение скорости истечения раствора из капилляра производится численно. Все расчетные операции выполняются на ЭВМ.

Пример. 5 мл рабочего раствора полистирола в метилэтилкетоне с концентрацией GO-0,0158 г/см помещают в дозаторное 0 устройство, представляющее собой шприц емкостью 5 см и блок автоматической подачи порщня. При установлении скорости дозирования следует иметь ввиду, что перепад концентраций в капиллярной трубке при работе прибора определяется скоростью прохождения объема Q (где г - радиус капилляра,- -длина капилляра) через участок капилляра. Он должен быть сделан достаточно малым рациональным выбором диаметра капилляра и скорости дозирования 50 В нашем случае максимальный перепад концентраций на концах капилляра 1% (пренебрегается при расчетах).

Резервуар-смеситель заполняют 2 см растворителя-метилэтилкетона. Записывают зависимость массы M(t) от времени (для 5 чистого растворителя), данные приведены на фиг. 2. В момент времени t г включают дозаторное устройство и мешалку. При этом скорость подачи, рабочего раствора V до. аторным устройством и масса растворителя m о в резервуаре-смесителе в момент включения дозаторного устройства составляет, соответственно, 3,69 -10 г/см и 1,4 г.

На ЭВМ Мир-2 рассчитано значение характеристической вязкости fj для взятой системы. Расчет прекращается, когда последующие измерения не дают увеличения .точности определения q. Время измерения, необходимое и достаточное для расчета, 360 с, расчет на ЭВМ МИР-2 60 с.

Скорости проведения измерений характеристической вязкости растворов полимеров предлагаемым способом в 10 - 40 раз выще, чем при измерениях с помощью известных вискозиметров.

Использование предлагаемого способа позволяет сделать определения характеристических вязкостей растворов полимеров экспресс-анализами, которые могут найти применение для контроля промышленного производства полимеров с гарантированными свойствами, а также для контроля быстропротекающих процессов, связанных с изменением вязкости жидкой среды.

Процессы измерений и расчетов могут быть полностью автоматизированы, что позволит облегчить их проведение в лабораторных и производственных условиях.

Формула изобретения

Способ пропедения характеристической вязкости растворов полимеров путем непрерывного изменения концентрации исследуемого раствора и измерения скорости его истечения, отличающийся тем, что, с целью

ускорения процесса измерения, непрерывное изменение концентрации исследуемого раствора обеспечивают подачей раствора в растворитель при рассогласованности режима изменения концентрации раствора С режимом истечения, о скорости истечения исследуемого раствора судят по изменению массы раствора, вытекающего из капилляра, и по измеренному параметру рассчитывают характеристическую вязкость растворов полимеров.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

кл. G 01 N 11/08ч 1970 (прототип).

////////////////////

Фиг1