(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕПЛОТБ СМАЧИВАНИЯ ЦЕЛЛЮЛОЗНБ1Х МАТЕРИАЛОВ
1
Изобретение относится к технике испытаний и измерений и касается определения теплоты смачивания целлюлозных материалов при исследовании их физико-химичес-. ких свойств.
Известен способ определения теплоты 5 смачивания, состоящий в предварительном высушивании образца в течение до 6 сут при температуре 60°С и атмосферном давлении 1.
Применение бЬлее жестких условий, например высушивание при140±5°С, приводит к необратимому изменению структуры целлюлозы и. уменьшает достоверность результата. Кроме того, на результат определения величины теплоты смачивания 15 сильно влияет абсорбция влаги воздуха сухим образцом во время его переноса в калориметр, а использование для этого тонкостенных стеклянных ампул, вскрываемых в калориметре, или боксов с сухим азотом усложняет аппаратурное оформление способа.
Наиболее близким техническим решением к предложенному является способ определения теплоты смачивания волокнистых
материалов, например целлюлозы, калориметрическим методом. По этому способу образец целлюлозы высушивают до постоянной массы, затем его переносят в калориметр, где происходит контакт образца с водой, и регистрируют тепловой эффект смачивания калориметрическим методом 2.
Целью изобретения является повышение точности определения теплоты смачивания целлюлозных материалов.
Поставленная цель достигается тем, что согласно способу определения теплоты смачивания целлюлозных материалов путем калориметрических измерений образец смачивают в воде, охлаждают до температуры кристаллизации воды, затем проводят разогрев образца и сушку при температуре ПО-145 °С и по измеренным количествам выделенной воды вычисляют относительное количество связанной воды, по величине которой судят о теплоте смачивания образца.
При исследовании целлюлоз различного происхождения (хлопковой, древесной и др) установлено, что между величинами теплоты смачивания целлюлозы и количеством связаниой воды, удерживаемой данной целлюлозой В исследованной области содержания воды (от 0,1 до 0,5), наблюдается линейная зависимость, которую можно отобразить в виде графика или таблицы. Это позволяет, зная количество связанной воды в целлюлозе, по заранее снятой зависимости найти соответствующую величину теплоты смачивания. Поскольку высушивание по предлагаемому способу производится уже после калориметрических измерений, то происходящие при этом изменения в структуре образца не могут влиять на результат, что, в свою очередь, позволяет сократить время определения теплоты смачивания за счет применения ускоренных методов высушивания образца. Упрощается также технология определения теплоты смачивания, так как нет необходимости оперировать с тщательно высушенными образцами, оберегая их от контакта с влагой воздуха до помещения в калориметр. На чертеже дана зависимость величины теплоты смачивания целлюлоз различного происхождения от относительного количества связанной воды, удерживаемой данной целлюлозой. Определение теплоты смачивания волокнистых материалов предлагаемым способом состоит в следующем. Образцы волокнистого материала, например целлюлозы, различных технологических партий в виде пульпы разделяют на две группы (по 5 образцов в группе для конкретной партии). Для каждого образца первой группы определяют его массу, помещают в ячейку калориметра, который охлаждают, например, жидким азотом до кристаллизации воды. Затем повышают температуру калориметра со скоростью, например, 2°С/мин и проводят сканирующие измерения эндотермического количества тепла при плавлении свободной воды в образце. Далее образец высушивают до постоянной массы при -f-110-145°G и по формуле вычисляют относительное коли-чество связанной воды: Шса. ISflusZTIlK Шцелл где ш - масса влажного образца целлю--лозы, г; т - масса кристаллизующейся (свободной) воды в целлюлозе, г; Побц- (гповч Т1сь+ к) масса общего количества воды, г; Шцелд - масса целлюлозного образца, высушенного до постоянной массы, г. На образцах второй группы различных технологических партий проводят извест.ным способом определение теплоты смачивания. По результатам испытаний образцов обе,их групп строится тарировочная кривая - зависимость величины теплоты смачивания от относительного количества связанной воды (чертеж). Установленная зависимость может быть использована при определении теплоты смачивания целлюлоз, независимо от способа их получения (сульфитная, сульфатная, натронная и др.), а также исходного сырья. Для определения теплоты смачивания других волокнистых материалов, например синтетических, для каждого вида строятся подобные тарировочные зависимости. Пример. Влажный образец, например, сульфитной целлюлозы помещают в алюминиевую герметичную капсулу (масса капсулы 0,1218 г) и взвешивают ее для определения массы образца, составляющей 0,3956 г. Далее капсулу помещают в ячейку сканирующего калориметра и охлаждают калориметр с образцом жидким азотом до кристаллизации воды в образце (процесс кристаллизации контролируют по сигналу калориметра, время охлаждения 3-4 мин). Затем повыщают температуру калориметра со скоростью, например, 2°С/мин и регистрируют эндотермический пик плавления свободной воды в образце, например, с помощью самопишущего потенциометра ПДС021. После этого определяют массу свободной (кристаллизующейся) воды по величине площадки пика плавления с использованием табличных данных удельной теплоты плавления воды (334 кДж/кг). Масса свободной воды в образце составляет 0,2004г. Далее образец высушивают до постоянной массы при 145°С и атмосферном давлении (масса сухого образца 0,1562 г, время высушивания 60 мин) и по приведенной формуле рассчитывают относительное количество связанной (некрнсталлизующейся) воды Шс /тцед,, равное 0,25. Изменение температуры высушивання образца от 110 до 145°С не изменяет величину отношения . , которое составляет 0,25. Затем по этому значению из корреляционной зависимости (чертеж) находят соответствующее значение теплоты смачивания, равное 63,1 кДж/кг. Общее время определения теплоты смачивания образца не превышает 3 ч. По сравнению с нзвестным предлагаемый способ позволяет сократить время определения теплоты смачивання с нескольких суток до 2-3 ч и повысить точность ее определения. Это особенно важно прн разработке новых технологических режимов получения целлюлозных материалов, при контроле процесса, что позволяет получать более качественную продукцню. Формула изобретения Способ определения теплоты смачивання целлюлозных материалов путем калор метрическнх измерений, отличающийся тем, что, с целью повышения точности определения, образец смачивают в воде, охлаждают до температуры кристаллизации воды, затем разогревают и сушат при температуре 110- 145°С и по измереиным количествам выделенной воды вычисляют относительное количество связанной воды, по величине которой судят о теплоте смачивания образца.
Источники информации, принятые во внимание при экспертизе
1.Осовская И. И., Аксельрод Г. 3, Дымарчук Н. П., Мищенко К. П., Тезисы I Всесоюзиой конференции по физике и химии целлюлозы. Рига, 1975, с. .
2.Усмаиов X. У., Калабановская Е. И., Дамовский Р. Б. Действие у -лучей на структуру целлюлозных волокон. Высокомолекулярные соединения. М., 1961, т. 3, с. 223- 227 (прототип).
t V
:з : Cs
I
50
vc:
0,10,20.30,4-ff.5
Относительное Ko/iu ecmSo )занной Ыы
