Способ определения кислородопроницаемости материалов Советский патент 1983 года по МПК G01N15/08 

(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КЙСЛОРОДОПРОНИЦАЕМОСТИ

1

Изобре ение относится к контрольнЬ-i измерительным средствам и предназначено для измерения кислородопроницаемости материалов.

Известен способ определения кислородопроницаемости полимерных пленок, заклкпакшихся в измерении концентрации кислорода электрохимическим датчиком, продиффундировавшего через плёнку в жидкость 1.

Однако этот способ не позволяет определять проницаемость пленок при наличии газовой фазы с обеих сторон пленки.

Наиболее близким к предлагаемому является способ определения проницаемости материалов, заключающийся в соз Дании перепада парциального давления кислорода через пленку из исследуемого материала и определении количества кислорода, проиюдшего через пленку. Способ характеризуется созданием рабочей Ксмеры, отделенной исследуемой пленкой от второго объема, в котором поддерживается постоянное парциальное давление исследуемого газа (кислорода) , и измерением с псялощью датчика парциального давления кислорода в рабочей камере,, на основании которого

МАТЕРИАЛОВ

вычисляют проницаемость пленки (коэффициент диффузии) 2.

Недостатком данного способа является необходимость откачки кислорода из рабочей камеры для поддержания постоянства перепада парциального давления кислорода в процессе измерений и подготовки системы к измерениям.

Цель изобретения - упрощение спо10соба.

Поставленная цель достигается тем, что осуществляют создание перепада парциального давления кислорода и определение количества прошедшего через 15 пленку кислорода, причем обе операции осуществляют одновременно с помощью пористого электрохимического электрода, на внешнюю поверхность которого накладывают исследуемую пленку, а ве20

личину кислородопроницаемости определяют J1O зависимости рJJ

т

Р - К-

где Р - кислородопроницаемость,

25

. Н;

К - постоянная величина, в которую входят физико-химические константы, - толщина пленки, м;

30 S - площадь пленки, 3.98 ,D - ток, вырабатьшаемый электроI химическим электродом. А; Р Oj - парциальное давление кис лоррда с внешней стороны пленки, не граничащей с электродом, - парциальное давление кислорода в области между пленкой и электродом, определяемое пр калибровочной зависи. мости величины тока от парциального давления кислорода для открытого электрода, H/|vi,На фиг. 1 представлен вариант конструктивного выполнения устройства по предлагаемому способу измерения; на фиг. 2 - калибровочная зависимость тока от парциального давления открытого электрода. Устройство содержит цилиндрический Kdpnyc 1 из органического стекла, в котором размещены электрохимический электрод 2, ионообменная прокладка 3 и вспомогательный электрод 4. К электроду 2 крышкой 5 плотно прижата исследуемая пленка 6. Выводы электродов электрически соединены с измерительнкм прибором 7. Электрохимический. электрод 2 для придания ему пористой структуры выполнен путем нанесения серебра гальваническим способом на тонкую медную сетку. В качестве вспомогательного электрода использован свинец. Электролитом служит 25%-ный водный раствор КОН. В качестве измерительного прибора использован микроамперметр типа Ф140. Кислород, диффундируя через полимерную мембрану 6, попадает на электрод 2, где происходит потребление кис лорода вследствие; его восстановления в результате реакции О- + 2Н,,О + 4ё - 4ОН , одновременно происходит растворение анода: 2Рв -f 4ОН - 4е - 2Рв (ОЕ , в результате чего через измерительный прибор течет ток, величина которого пропорциональна количеству кислорода, достигающего серебряный электрод, ...Ji 9|-п Nj. i , () где п - число электронов, необходимых для электрохимического восстановления одной молекулы кислорода . NA- число Авогадро, ; ё - заряд электрона. К; О,- поток кислородачерез мембрану, достигающий электрода и участвующий в реакции, моль/см с. В стационарных условиях поток кис(лорода 0 равен потоку кислорода че. рез мембрану, который на основании закона Фика равен g. Q Р-я--- (, О - 93904 где Q - поток кислорода через мембра. ну; , Уо - объем одной грам-молекулы газа в номинальных условиях, м . Приравнивая правые части уравнений 5(1) и (2), получаем выражение (3) Р К -g- р 75Т- р 7о Т 3) 1 а а „„ ,, с о, , ./к4 fl А Д л ri - OJ.J.v М /Л - п-Ыд-.е Величину о , представляющую собой парциальное давление кислорода вблизи поверхности электрода при постоянном потоке кислорода Q, который 15 определяет величину тока J, вырабатываемого электродом, определяют по калибровочной зависимости тока J/OT парциального давления кислорода для открытого электрода, поверхность которо20 ° ® закрыта пленкой (фиг. 2), и получаемой экспериментально один раз каждого электрода, Таким образом, определение газопроницаемости по данному способу заклю25 ся в следующем. После наложения исследуемой пленки на электрохимический электрод в камеру над ней вводит я газ с известным содержанием кислорода, например атмосферный воздух, ,- Через 20-30 мий после стабилизации тока измеряется его величина. По величине тока, S на основании выражения (3) . и кривой на фиг. 2 рассчитывается Р. Например, для полимерной полиэти леновой пленки при g 3,1«10- м, S 2, Р Ог 2,., величина тока, вырабатываемого электродом, равна J 7,. На осно- вании фиг. 2 Р О 9-10 Н/м , а 40 на основании уравнения (3) Р 2,3-1СГм с.Н. Это значение, а так-. же значение Р, полученные предлагаемым способом для пленок полистирола и полипропилена, согласуются со спра45 вочньми данными. Использование предлагаемого изобретения позволяет сократить затраты на определение кислородопроницаемос и материалов. 50: Формула изобретения . Способ определения кислородопрони55 мости материалов, заключакяцийся в создании перепада парциального давле ия кислорода, прошедшего через плен- ку из исследуемого материала, и делении количества кислорода, прошедШ через пленку, отличаюЩ и и с я тем, что, с целью упроще.ия способа, создание перепада давлений и измерение количества прошедшего через пленку кислорода осуществляют одновременно с помощью пористого элек трохимического электрода, на внешнюю

поверхность которого накладывают исследуемую пленку, а величину 4 ислорО допронйцаемости Р определяют по зависимости

з- -р:т5:т р-7й-т м),

R

E-/I IJii - «

де К - постоянная величина, в кбтр- рую входят физико-химические константы, м/К; Е - толщина пленки, м; S - площадь пленки, J.- ток, вырабатьшаемый электрохимическюл электродом, А; Р.О J- парциональное давление

кислорода с внешней стороны пленки, не граничащей с электродом,Н/м ;

P.((U - парциальное давление Knf-f слорода в области между пленкой и электродом, . определяемое по калибрбвочной зависимости вели5чины тока от парциальио.го давления кислорода для открытого электрода, Н/м,

Источники информации,

10 принятые во внимание при экспертизе . 1. Щапрвал Г,С. Определение прони цаемости полимерных пленок. ЗавоЬ екая лаборатория, т. 35, 19в9, 2 с. 201-202.

15 2. Ройтлингер С.А.Проницаемость лолимерных материалов. М., Химия , 1974, с. 243 (прототип).

J(fflO)

t5