Способ определения характеристической вязкости растворов полимеров

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСХОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1855438

Союз Советских

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву-(22) Заявлено 22.01.79 (21) 2735568/18-25 . с присоединением заявки №вЂ” (23) Приоритет— (51) М. Кл.з

G01 N 11/04

Гввудврственнмй квмвтет (53) УДК 532.137 (088.8) Опубликовано 15.08.81. Бюллетень № 30

Дата опубликования описания 17.08.81 во делам изобретений и открытий (72) Авторы изобретения. О, В. Каллистов, Б. Э. Бонштедт и А. В. Добродум

Ордена Трудового Красного Знамени институт высокомолекулярных соединений АН СССР (71) Заявитель (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ХАРАКТЕРИСТИЧЕСКОЛ ВЯЗКОСТИ

РАСТВОРОВ ПОЛИМЕРОВ

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) .

К недостаткам известного способа от ;осится 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 являет. ся 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 следовательно, 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 чувст вительность измерений и увеличит ошибку. щ Повышение давления в смесителе также уменьшает время истечения, но приводит .к турбулентности течения, при которой измеряемые параметры могут потерять свой фн5438

3 85 зический смысл. Для определения характе ристической вязкости по известному способу кроме экстраполяцни 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 рассчитывак>т характеристическую вязкость растворов полимеров.

HB фиг. l изображен вискозиметр: при помогци 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 мешалка 3 и выход дозаторного устройства 4. Вискозиметр выполнен с воэможностью термостатирования капиллярной трубки и резервуара-смесителя, например с термостатирующим чехлом 5.

На выходе капиллярной трубки 1 находится приемник 6 раствора, установленный на автоматических айалитических весах 7.

Предложенный способ осуществляется следующим об ра эо м.

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 авто-матических аналитических весов 7. В некоторый момент времени включается дозаторное устройство 4, которое начинает подавать с определенной скоростью в реЗервуар-смеситель 2 раствор полимеDB 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 соответствии с Формулами.

Ф 4 (1l) =tin nt),. (1) с- о

М с(1)- с (t-е-4a(t)dt) (3) lf хй)(° . т:ГЮи.ать

4 где ф — — характеристическая вязкость полимера;

fj -- вязкость раствора; т),- — вязкость растворителя;

<(t}--- концентрация раствора в резер

5 вуаре-смесителе в момент времени t;

C<- - концентрация раствора в дозаторном устройстве; у -- скорость подачи раствора дозаторным устройством, мл/с;

111 --- масса растворителя в резервуаресмесителе в момент включения дозаторного устройства;

И® масса жидкости, находящаяся в приемнике в момент временИ t; г4р®- скорость изменения массы раствора, вытекающего из кпилляра в момент времени t, большем — — момент времени пуска .дозатора;

К Щ- скорость изменения массы растворителя, вытекающего из капилляра для моментов времени меньшем t >).

При этом предполагается, что для разбавленных растворов плотность раствора ( равна плотности растворителя 1 e, зависимость - — 1 от c(t) линейна. Эти условия ъ} обычно хорошо выполняются на практике.

В специальных случаях в расчетные формулы могут быть введены простые поправочные коэффициенты.

По приведенным выше формулам опре50 деляют в каждый момент времени значение концентрации и относительной вязкости раствора и находят значение f5j методом наименьших квадратов.

Интегрирование и нахождение скорости

35 истечения раствора иэ капилляра производится численно. Все расчетные операции выполняются на ЭВМ.

Пример. 5 мл рабочего раствора полистирола в метилэтилкетоне с концентрацией

С ц —— 0,0158 г/см помещают в доэаторное

4р устройство, предста вляющее собой шприц емкостью 5 см и блок автоматической подачи поршня. При установлении скорости дозирования следует иметь ввиду, что перепад концентраций в капиллярной трубке при работе прибора определяется скоростью прохождения объема Q = Яг т. (где r — радиус капилляра, л= длина капилляра) через участок капилляра. Он должен быть сделан достаточно малым рациональным выбором диаметра капилляра и скорости дозирования

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

55 чистого растворителя), данные приведены на фиг. 2. В момент времени t включают доэаторное устройство и мешалку. При этом скорость подачи рабочего раствора V доаа855438 6 волнт облегчить нх проведение в лабораторных н производственных условиях.

5 торным устройством н масса растворителя

m в в резервуаре-смесителе в момент включения дозаторного устройства составляет, соответственно, 3,69 -10 г/см н 1,4 r.

На ЭВМ Мнр-2 рассчитано значение характеристической вязкости ф 1 для взятой системы. Расчет прекращается, когда последующие измерения не дают увеличения .точности определения (t)). Время измерения, необходимое н достаточное для расчета, 360 с, расчет на ЭВМ МИР-2 60 с.

1О

Формула изобретения

Использование предлагаемого способа позволяет сделать определения характернстнческнх вязкостей растворов полимеров экспресс-анализами, которые могут найти применение для контроля промышленного 20 производства полимеров с гарантированнымн свойствами, а также для контроля 6blcTропротекающнх процессов, связанных с изменением вязкости жидкой среды.

Процессы нэмереннй н расчетов могут быть полностью автоматнзнрованы, что позСкорости проведения измерений характеристической вязкости растворов полимеров предлагаемым способом в 10 — 40 раз выше, чем прн измерениях с помощью известных внскознметров.

Способ проведения характеристической вязкости растворов полимеров путем непрерывного изменения концентрации исследуемого раствора н измерения скорости его нстечення, отличающийся тем, что, с целью ускорения процесса нэмерення, непрерывное изменение концентрации исследуемого раствора обеспечивают подачей раствора в растворнтель прн рассогласованности режима изменения концентрации раствора С режимом истечения, о скорости истечения исследуемого раствора судят по изменению массы раствора, вытекающего нз капилляра, н по измеренному параметру рассчитывают характеристическую вязкость растворов полимеров.

Источники информации, принятые во внимание прн экспертизе

I Энциклопедия полимеров. М., «Советская энциклопедия», 1972, т. I, с. 447 — 478.

2. Патент США № 3535917, кл. б О! N !1 08, 1970 (прототип).

855438 бОО

«.остаантель В. Филатова

Редактор И. Нестерова Техред А. Бойкас Корректор Н. Швыдкими

Заказ 8893/58 Тирам 907 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений н открытий

ll3035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская иаб., д. 4/5

Филиал ППП «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4