Способ определения равновесного водопоглощения полимерными пленками Советский патент 1982 года по МПК G01N27/22 

(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ РАВНОВЕСНОГО

ВОДОПОГЛОЩЕНИЯ ПОЛИМЕРНЫМИ Изобретение относится к технике измерения неэлектрических величин электрическими методами и может быть использовано для определения равновесног водопоглощения полимерными пленками. Известен вакуумный способ определе ния констант сорбции, основанный на том что образец (полимерную пленку) взвешивают и измеряют толщину, помешают в сорбционную ячейку, подвешивая на сп рали, а затем в ячейку подают пар сорбата. Увеличение массы образца фиксируют по удлинению спирали с помощью катетометра. По максимальному удлинению спирали определяют количество сорбированного вещества в состоянии сорбционного равновесия и равновесную объемную концент :)аиию сорбата Cl . Однако опредб; ление равновесной концентрации со1)беита по указаннокгу способу занимает много времени. Измерени проводят до устаноЕле1П1я постоянной массы (). за которуь) принимают обычно значенж, неизменное в течение ПЛЕНКАМИ времени, вдвое большего времени установления равновесия. Кроме того, способ имеет сложное аппаратурное оформление (высоковакуумный насос, ультратермостат, воздушный термостат, манометрические лампы и т.д.), требующее проведение трудоемких подготовительных операций. Известен также динамический сорбционный способ, который позволяет определить равновесную объемную концентрацию сорбата, не дожидаясь установлений равновесного состояния. Образец, толии на и масса которого известны, помещают в эксикатор, в котором создана нес. ходимая концентрация сорбата, и через определенные промежутки времени определяют прирост веса образца 2 . Недостатком способа является большая затрата времеш для определения равновесной концент мци11 сорбента. Крюме того, он требует прим(-Нения высокоточных весов, например микроаналитических. Однако при исполызовапии данньск

БОСОВ методологическая погрешность, обусловленная десорбцией влаги из образца при извлечении его из эксикатора для взвешивания, соизмерима с погрешностью caivinx весов. Поэтому повышение точности измерения согласно способу влечет за собой усложнение оборудования.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является способ определения равновесного водопоглощения, заключающийся в измерении начальной и текущей емкости ячейки 3 . Измеряют изменения электрической емкости, в которой полимерная пленка является разделительным диэлектриком, а электродами - металлическая подложка и диффундирующая среда. Затем определяют равновесную концентрацию сорбента при помощи математической модели С

Ч

л

v а. -, , 1

где CQ - начальная емкость;

- текущее значение электрической емкости;

Sn

-равновесная концентрация сорбента;

D - коэффициент диффузии;

-толщина полимерной пленки;

1 X

-глубина, на которую проникла диффундирующая среда;

t - время.

Недостатками известного способа являются большая затрата времени и сложное аппаратурное оформление,так как экспериментальные данные обрабатываются на ЭВМ (типа БЭСМ-4М) и определение равновесной объемной концентрации требует трудоемких многовариантных расчетов.

Цель изобретения - сокращение времени испытаний при уменьшении трудоемкости.

Поставленная цель достигается тем, что, согласно способу определения равновесного водопоглощения полимерными пленками, заключающемуся в измерении, . начальной и текущей емкости ячейки, измеряют время, в течение которого сохраняется прямолинейность зависимости квадрата отношения разности между текущим и начальньпл значениями емкости ячейки и текущему значению емкости от времени, и рассчитывают равновесное водопоглошение полимерной пленкой по формуле

-0, 0,15-2, (.ij

где t - ордината точки конца поямолипойной зависимости о) от времени;5

CQ - начальная емкость ячейки; С - :сонечная емкость ячейки. Полимерную пленку, предварительно обезвоженную в эксикаторе с селикогелем, устанавливают измерительную ячейку.

На фиг. 1 изображена ячейка, реализующая предлагаемый способ; на фиг. 2 характер зависимости Оот

времени. t

Измерительная ячейка состоит из двух камер 1 и 2, между которыми установлена пленка 3 полимера. Между пленкой 3 полимера и торцами камер 1 и 2 установлены резиновые прокладки 4 и 5, камры 1 и 2 стягиваются болтами (не показаны) . Камеры 1 и 2 изготавливают из диэлектрического материала, например из оргстекла, а в стенки этих камер параллельно исследуемой пленке 3 полимера герметично впрессованы два металлических электрода 6 и 7, площади которы одинаковы. В стенках камер 1 и 2 предусмотрены отверстия 8 и 9 для заполнения внутренних полостей водой и отверстия 10 и 11 для удаления из них возДУха.

Сразу же после заполнения полостей камер 1 и 2 водой (объем этих камер одинаков и известен) измеряют начальную емкость измерительной ячейки (Сд), а затем черей равные промежутки времени (длительность промежутков определяется толщиной пленки) фиксируют текущие значения емкости измерительной ячейки (С). Параллельно для каждого текущего значения емкости измерительной ячейки определяют квадрат отнощения разницы между текущим и начальным

(

значениями к текущему значению

. . и строят зависимость от времени(фиг. 2}

Затем определяют равновесную объемную концентрацию воды в полимерной пленке по формуле (1),

В качестве схемы измерения, подключаемой к электродам 6 и 7, может быть использован, например, серийно выпускаемый прибор Е8-3 (Е8-4). Этот прибор хорошо согласуется с цифропечатающим устройством (с соответствующим кодом), которое фиксирует значения емкости измерительной ячейки через промежутки времени автоматически. Кроме того, прибор Е8-3 (Е8-4) может быть

одключен к вычислительной машине например, Электроника 100), в котоую заложена соответствующая програма, и тогда в результате машинной обаботки значений емкости измерительной j ячейки можно автоматически определить начение равновесной объемной концентрации воды в полимерной пленке.

Предлагаемый способ позволяет находить равновесное водопоглошение поли- Ю мерных пленок по начальному участку сорбции в отличие от известных способов, которые ориентируются на конечный участок сорбции, что требует большего времени проведения эксперимента.13

Предлагаемый способ выгодно отличается от известных тем, что позволяет в короткий срок при минимальной трудоемкости определять равновесную объемную концентрацию воды в полимерных 20 пленках. Отпадает необходимость в таких операциях, как периодическое взвешивание, многовариантные машинные расчеты и т.д. Время определения искомой величины по предлагаемому способу состав- 25 ляет для пленки полимера толшиной 0,20-0,25 мм 30-50 мин, в то время как известные способы определения равновесной концентрации воды в аналогичных полимерных пленках требуют не менее зо нескольких часов. Аппаратурное оформление предлагаемого способа также значительно проще, чем известнък - не требуется применения дорогосто5пцих ЭВМ для обработки экспериментальных результа- j, тов, высокоточных аналитических весов, высоковакуумных насосов, манометрических ламп и т.д. Для проведения эксперимента достаточно прибора Е8-3, измерительной ячейки (фиг. 1), штатива и двух бюреток о для заполнения 5гчейки водой. Вьфажение (1) обсчитывается вручную либо с помошью карманного калькулятора, например Электроника БЗ-26А.

Технико-экономический эффект от использования изобретения выражается в сокращении времени испытаний при уменьшении трудоемкости по сравнению с известными способами.

Формула изобретения

Способ определения равновесного водопоглощения полимерными пленками, заключающийся в измерении начальной и текущей емкости 5гчейки, отличающийся тем, что, с целью сокращения времени определения и уменьшения трудоемкости, измеряют время, в течение которого сохраняется прямолинейность зависимости квадрата отношения разности между текущим и начальным значениями емкости ячейки к текущему значению емкости от времени, и рассчитывают равновесное водопоглощение полимерной пленкой по формуле

с г 0,359 V5 4 , где - ордината точки конца прямоли-

(tt-Co нейной зависимости 1-р I о

времени;

CQ - начальная емкость ячейки; Ci - конечная емкость ячейки.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Малкин А. Я., Чалых А. Е. Диффузия и вязкость полимеров. Методы измерения. М., Химия, 1979, с. 258263.

2.Михайлов М. М, Влагопрошшаемость органических диэлектриков. М.-Л Тосэнергоиздат, I960, с. 116-120.

3.Morosumi TaKastii Pujivma . Сикидзай Кекс) и си. J.of. Japcin., soc. CoCoor. Mater , 1971,

44, № 4, p. 161-167.