Способ определения кислородопроницаемости материалов

 

ОП ИСАНИЕ изоьгетения "989

Союз Советских

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву(22) Заявлено 050381 (21) 3256073/18-25 (Я) М. Кд.>: сприсоединениемзаявки М

G 03 N 15/08

Государственннй коинтет

СССР оо делам нзобретеннй н открытнй (23) Приоритет

Опубликовано 15.01.83. Бюллетень Йо 2

Дата опубликования описания 15.03 83 (53) УДК 625.85 ° у620.1 (088.8) (71) Заявитель

Институт клинической и экспериментальной меди

Сибирского отделения АМН СССР (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КИСЛОРОДОПРОНИЦАЕМОСТИ

МАТЕРИАЛОВ

Изобретение относится к контрольно-. измерительным средствам и предназначено для измерения кислородопроницае" мости материалов.

Известен способ определения кисло- родопроницаемости полимерных пленок, заключающихся в измерении концентрации кислорода злектрохимическнм датчиком, продиффундировавшего через пле-1О нку в жидкость (1) .

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

> нки.

Наиболее близким к предлагаемому является способ определения проницае=- мости материалов, заключакщийся в создании перепада парциального давления кислорода через пленку из исследуемого материала и определении количества кислорода, прошедшего через пленку.

Способ характеризуется созданием рабочей камеры, отделенной исследуемой пленкой от второго объема, в котором поддерживается постоянное парциальное давление исследуемого газа (кислорода), и измерением с помощью датчика парциального давления кислорода в ра» бочей камере,. на основании которого вычисляют проницаемость пленки (коэф» фициент 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 способа.

Поставленная цель достигается тем, что осуществляют создание перепада парциального давления кислорода и оп-. ределение количества прошедшего через пленку кислорода, причем обе операции осуществляют одновременно с помощью пористого электрохимического электрода, на внешнюю поверхность которого накладывают исследуемую пленку, а величину кислородопроницаемости определяют,.1то зависимости

P К

J т

$ Р (ОЗ ) - Р (Ох) где P — кислородопроницаемость, м /с. Н;

K — постоянная величина, в которую входят физико-химические константы, м /к; — толщина пленки, и;

S - площадь пленки, м ;

989390

3 — ток, вырабатываемый элек трохимическим электродом, А;

Р (0 ) — парциальное давление кислорода с внешней стороны пленки, не граничащей с электродом, Н/м ; 5

P (O<) — парциальное давление кислорода в области между пленкой и электродом, определяе- мое по калибровочной зависимости величины тока от парциа-1О льного давления кислорода для открытого электрода, н/,м

На фиг. 1 представлен вариант конструктивного выполнения устройства 15 по предлагаемому способу измерения; на фиг. 2 — калибровочная зависимость тока от парциального давления открытого электрода. устройство содержит цилиндрический 20 кбрпус 1 из органического стекла, в котором размещены электрохимический электрод 2, ионообменная прокладка 3 и вспомогательный электрод 4. K электроду 2 крышкой 5 плотно прижата иссле-25 дуемая пленка б. Выводы электродов . электрически соединены с измерительньм 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 KOH. В качестве измерительного прибора использован микроамперметр типа Ф140.

Кислород, диффундируя через полимерную мембрану 6, попадает на электрод 2, где происходит потребление кислорода вследствие: его восстановления 4О в результате реакции

О, + 2Н О + 4е - 40Й, одновременно происходит растворение анода:

2Рв + 40Й вЂ” 4е - 2Рв (ОН ), 45 в результате чего через измерительный прибор течет ток, величина которого пропорциональна количеству кислорода, достигающего серебряный электрод, Ji= д„ n Ng e, (1) 5О где n — число электронов, необходимых для электрохимического восстановления одной молекулы кислорода;

Ng — число Авогадро, мол 55 е — заряд электрона, К;

߄— поток кислорода через мембрану, достигающий электрода и участвующий в реакции, моль/см .с.

49

В стационарных условиях поток кис» (лорода (ф равен потоку кислорода че-, рез мембрану, который на основании закона Фика равен

Ц=p (Р (О) — Р (О)), (2) d5

3 Чо где Q — поток кислорода через мембрану у

V, — объем одной грам-молекулы газа в нормальных условиях, м

Приравнивая правые части уравнений (1) и (2), получаем выражение (3)--С вЂ” К

S Р„(0) — P (O ), (3) где К = --- -- - = 5,81 ° 16 м /К.

Ч .9 и Ng .е

ВеличинУ Р< (0 ), представляющую собой парциальное давление кислорода вблизи поверхности электрода при постоянном потоке кислорода Q, который определяет величину тока J, вырабатываемого электродом, определяют по калибровочной зависимости тока J от парциального давления кислорода для открытого электрода, поверхность которого не закрыта пленкой (фиг. 2), и получаемой экспериментально один раз для каждого электрода.

Таким образом, определение газопроницаемости по данному способу заключается в следующем. После наложения исследуемой пленки на электрохимический электрод в камеру над ней вводится газ с известным содержанием кис-: лорода, например атмосферный воздух. через 20-30 мин после стабилизации тока измеряется его величина. По величине тока, P(0<)8и S на основании выражения (3) и кривой на фиг. 2 рассчитывается Р.

Например, для полимерной полиэтиленовой пленки при 0= 3,1 ° 10 м, S = 2,7 ° 10"4М+, Р (0 ) = 2,1 10+Н/м величина тока, вырабатываемого электродом, равна J = 7,4 10 А. На основании фиг. 2 P (0 = 9 10 Н/м, а на основании уравнения (3) P =

2,3" 10Ъ 1/c Н. Это значение, а так-. же значение P полученные предлагаемьм способом для пленок полистирола и полипропилена, согласуются со справочными данными.

Использование предлагаемого изобретения позволяет сократить затраты на определение кислородопроницаемости материалов.

Формула изобретения

Способ определения кислородопроницаемости материалов, заключающийся в создании перепада парциального давления кислорода, прошедшего через пленку иэ исследуемого материала,и определении количества кислорода, прошедшего через пленку, о т л и ч а ю— шийся тем, что, с целью упрощения способа, создание перепада давлений и измерение количества прошедшего через пленку кислорода осуществляют одновременно с помощью пористого электрохимического электрода, на внешнюю

989390

Фиг.2

Составитель А; Кощеев

Техред И. Гергель Корректор Г. Решетник

Редактор T. Веселова

Заказ 11113/60 Тираж 871 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП Патент, г. Ужгород,— ул, Проектная, 4 поверхность которого накладывают исследуемую пленку, а величину кислородопроницаемости P определяют по зависимости

t J

Р К -- ------ — --.-----., м/с И, 5

S . Р lOgl- Р (0 1 где К вЂ” постоянная величина, в которую входят Физико-химические константы, м /К;

- — толщи на пленки, м1 10

S — площадь пленки, мт ;

J --- -ток, вырабатываемый электрохимическнм электродом, А;

P (0 )- парциональное давление

4 кислорода с внешней сто- f5 роны пленки, не граничащей с электродом,Н/м

Р Я - парцнальное давление кн1 слорода в области между пленкой и электродом, определяемое по калибро ночкой - зависимости величины тока от парцнально . го давления кислорода для открытого электрода, Н/мц, Источники инФормации, принятые во внимание при экспертизе, 1. Шаповал Г,.С. Определение прони- цаемости полимерных пленок. — - . Завод ская лаборатория, т. 35, 1969, 9 2; с. 201"202.

2..Ройтлингер С.A.Проницаемость пОлимерных материалов. М., Химия, 1974, с. 243 (прототип) .