Способ определения равновесного водопоглощения полимерными пленками

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик

<и972375 (61) Дополнительное к авт. свид-ву (5 3 ) М. Кл.

601 М 27/22 (22) Заявлено 20.02.81 (2I ) 3256286/18-25 с присоединением заявки М (2) ) Приоритет

3Ъоударстаенный комнтвт

СССР ао делам нэобретеннй н отнритнй

Опубликовано 07.11.82. Бюллетень № 41

Дата опубликования описания 07. 11.82 (53) УДК 551. .508.7 (088.8) А. Н. Шеглов, А. С. Горинов, О. С. Любутин и В. Н. Аркджовский (72) Авторы изобретения (71) Заявитель (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ РАВНОВЕСНОГО

ВОДОПОГЛОЩЕНИЯ ПОЛИМЕРНЫМИ

ПЛЕ НКАМИ

Изобретение относится к технике измерения неэлектрических величин электрическими методами и может быть использовано для определения равновесного водопоглошения полимерными пленками.

Известен вакуумный способ определения констант сорбции, основанный на том, что образец (полимерную пленку) взвешивают и измеряют толщину, помешают в сорбционную ячейку, подвешивая на спг-„ 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 вешества в состоянии сорбционного равновесия и равновесную объемную концентрацию сорбата (1) .

Однако опреде ление равновесной концентрации сорбеита по указанному способу занимает много времени. Измерения проводят до установления постоянной массы (Y ), э» котору&) п1)ин!1мают

OO обычно 3HQченíе, неизменное в течение 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 опеp8I1HA.

Известен также динамический сорбционный способ, который позволяет определить равновесную объемную концентрацию сорбата, не дожидаясь установлени. равновесного состояния. Образец, толин на и масса которого известны, помеш»ют в эксикатор, в котором создана нсо ходимая концентрация сорбата, и через определенные промежутки времени определяют прирост веса образца (2)

Недостатком способа является большая затрата времени для определения равновесной концентрлции ".îpáållòà. Кроме того, он требует применения высокоточных весов, например микроаиалитн со†ких. Однако при использовашш данных

972375 4 в.сов методологическая погрешность, обусловленная десорбцией влаги из образца при извлечении его из эксикатора для взвешивания, соизмерима с погрешностью самих 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 диффундируюшая среда. Затем определяют равновесную концентрацию сорбента при помощи математической модели

Со Уа „„2 где Со — начальная емкость;

С вЂ” текущее значение электрической емкости;

3 — равновесная концентрация сорбента;

D — коэффициент диффузии;

4 — толщина полимерной пленки; — глубина, на которую проникла диффундируюшая среда; — 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.

Пель 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 начальным значениями емкости ячейки и текущему значению емкости от времени, и рассчитывают равновесное водопоглошение полимерной пленкой по формуле

Я, = О 358 Я + О, 52 у, (1) 5

55 где у — ордината точки конца ппямоли(С C 12 нойной зааисимости и О) от времени; с, Со — начальная емкость ячейки;

С - ..онечная емкость ячейки.

Полимер ую пленку, предварительно обезвоженную в эксикаторе с селикогелем, устанавливают измерительную ячейку °

На фиг. 1 изображена ячейка, реализующая предлагаемый способ; на фиг. 2—

I (С -С \2 характер зависимости (0 от времени. Cg

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, камеры 1 и 2 стягиваются болтами (не показаны). Камеры 1 и 2 изготавливают из диэлектрического материала, например иэ оргстекла, а в стенки этих камер параллельно исследуемой пленке 3 полимера герметично впрессованы два металлических электрода 6 и 7, площади которых одинаковы. B стенках камер 1 и 2 предусмотрены отверстия 8 и 9 для заполнения внутренних полостей водой и отверстия 10 и 1 1 для удаления иэ них воздуха.

Сразу же после заполнения полостей камер 1 и 2 водой (объем этих камер одинаков и известен) измеряют начальную емкость измерительной ячейки (Со), а затем через 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 отношения разницы между текущим и начальным (C Со)2 значениими н теиушему значению с 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 вьптускаемый прибор Е8-3 (E8-4). Этот прибор хорошо согласуется с цифропечатаюшим устройством (с соответствующим кодом), которое фиксирует значения емкости измерительной ячейки через заданные промежутки времени автоматически. Кроме того, прибор Е8-3 (L8-4) может быть

972375 6

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

5 подключен к вычислительной машине (например, "Электроника 100 ), в которую заложена соответствующая программа, и тогда в результате машинной обработки значений емкости измерительной ячейки можно автоматически определить значение равновесной объемной концентрации воды в полимерной пленке.

Предлагаемый способ позволяет находить равновесное водопоглощение поли- 10 мерных пленок по начальному участку сорбции в отличие от известных способов, которые ориентируются на конечный участок сорбции, что требует большего времени проведения эксперимента. 1

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 толщиной

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 щ нескольких часов. Аппаратурное оформление предлагаемого способа также значительно проще, чем известных - не требуется применения дорогостоящих ЭВМ для обработки экспериментальных результатов, 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 40 для заполнения ячейки водой. Выражение (1) обсчитывается вручную либо с помощью карманного калькулятора, например Электроника Б3-26А.

Формула изобретения

Способ определения равновесного водопоглошения полимерными пленками, заключающийся в измерении начальной и текущей емкости ячейки, о т л и ч а -. ю шийся тем, что, с целью сокрашения 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 водопоглошение полимерной пленкой по формуле с „„= О, Э58 Я + Î, 5г >, где — ордината точки конца прямоли(c<-с, р нейной зависимости от с / времени;

С вЂ” начальная емкость ячейки; о

С - 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. Влагопроницаемость органических диэлектриков. М.-Л., "Госэнергоиздат", 1960, с. 1 16-120., Э. МогosUwi Takcx5hi Fujjyrna

Gbiyako . Сикид3с1й Кекс1йср. у og 1Р ., Soc. Colour, Мь Ь е г, 44, Nþ 4, р. 161-167.

Х сл г

uv e ewux Риа. 7

Ру

С1

ВНИИПИ Заказ 8506/34 Тираж 887 Подписное

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная,:1