CS218164B1 - Sposob merania viskozity roztokov polymérov pomocou ultrazvukového viskozimetra - Google Patents

Description

2

Vynález sa týká spósobu merania viskozityzriedených roztokov polymérov pomocou ul-trazvukového viskozimetra s upra,vénou cit-livosťou sondy. Dóležitým faktorom určujúcim vlastnostipolymérov je molekulová hmotnost. Všetkyviskozimetrické metody stanovenia moleku-lovej hmotnosti sú založené na skutečnosti,že sa pri nezmenenej koncentrácii a rozpúš-ťadle zvyšuje viskozita zriedených roztokovpolymérov, Viskozita roztokov plymérov sadoteriaz merala metodami založenými naprincipe: a) prúdenia kvapaliny v kapiláře — kapilár-nym viskozimetrom b) prúdenia kvapaliny medzi dvorná koncen-trickými valoami — rotačným viskozimet-rom c) meranie rýchlosti pádu gulíčky v kvapa-line — Hopplerovým viskozimetrom.Najvilac používaným z uvedených spóso- bov je meranie viskozít kapilárnym viskozi-metrom. Pre meranie viskozít zriedenýchroztokov polymérov je najvhodnejší Ubbe-lohdeho viskozimeter s visiacou hladinou,kde sa príspevok samotných makromolekúlk zvýšeniu viskozity zriedeného roztoku hod-notí z nameraných prietokových dob rozto-ku a čistého rozpúšťadla, Táto metoda jepřesná, ale časovo náročná a vel’mi prácna.Pri meraní viskozity je bezpodmienečne nut-ná dokonalá čistota viskozimetra, meranéhoroztoku i rozpúšťadla. Preto před každýmmeraním je- potřebné roztok i rozpúšťadlofiltrova,ť. Počas meriania mimo udržiavaniateploty s presnosťou + 0,01 °C musí byťviskozimeter chráněný před akýmikolvekotrasmi. Časová náročnost tejto metody znač-né stúpa pri meraní viskozít polymérov roz-pustných len pri vyššej teplote a nedegrado-vainých polymérov, ktoré majú sklon k tvor-,be mikrogélu. V případe, že dojde k upcha-niu kapiláry viskozimetra, je potřebné visko-zimeter čistit v kyselině chrómsírovej, čo jedlhší proces ako samotné meranie jednejvzorky.

Iný spósob merania viskozít kvapalín vy-užívá vlastnosti ultrazvuku. Ultrazvukové vl-ny, ktoré sa šíria kvapalným prostředím súviac alebo menej tlmené podlá hodnoty vis-kozity a menej hmotnosti danej kvapaliny.Pre tlmenie ultr&zvukovej vlny platí vztah: I = Io. eax kde x je dráha ultrazvukovej vlny v kvapa-line a a je koeficient tlmenia kmitov. U vib-račných metod je tlmenie volných kmitovrezonátora závislé na súčine dynamickej vis-kozity η a mernej hmotnosti p kvapaliny,ktoré vystupuj ú vo vztahu pre akustickúimpedancíu šmykovej vlny Zm:

Zm = (l+j)<T7)pf) 1/2 kde f je frekvencia kmitov vlnenia. V sondě ultrazvukového viskozimetra sa prostredníctvom trvale kmitajúcého rezoná-tora získá závislost medzi koeficientom tl-menia volných kmitov p . η daná vztahom:α — K . (η . p) 1/2, kde K je konstanta závislá na geometrickýchrozmeroch rezonátora. Získaná závislost samění na úměrné napátie. Medzi súčinomp . η a výstupným napátím je nelineárna zá-vislost. Vzhfadom na túto skutočnosť je po-třebné každý přístroj ciachovať. Doteraz všaknie je známe použitie ultrazvukového visko-zimetra na meranie viskozít zriedených roz-tokov polymérov.

Spósob meriania viskozity roztokov poly-mérov, s výhodou zriedených roztokov po-mocou ultrazvukového viskozimetra podl’atohto vynálezu prebiehia tak, že ponořenímultrazvukovej sondy s citlivosťou pre oblastnízkých hodnot viskozít do vytemperovanéhomeraného roztoku polyméru tlmenie ultra-zvukových kmitov, spósobené prostředím,vyvolá napáťový signál, ktorý je nelineárnězávislý od súčinu mernej hmotnosti a dyna-mickej viskozity a po korekcii na nulovúpolohu sa napáťový signál transformuje po-mocou kalibračného grafu 'na absolútnu hod-notu kinematickej viskozity.

Na meranie viskozít zriedených roztokovpolymérov sa používá ultrazvukový viskozi-meter so speciálně upravenou sondou. Úpra-vou sondy sa dosiahla zvýšená citlivost v ob-lasti nízkých hodnot viskozít zriedených roz-tokov polymérov. Závažnú úlohu pri meraní zohráva vplyvteploty, a to nielen na menainú hmotnost aviskozitu meraného roztoku, ale aj na samot-nú meraciu sondu. Vplyvom teploty dochá-dza ku zmerie frekvencie a amplitúdy vlne-nia, ktoré s rastúcou teplotou klesajú. Pretoje potřebné přístroj pre danú teplotu mera-nia ciachovať pomocou referenčných rozto-kov o známej hodnotě kinematickej viskozitymeranej na kapilárnom viskozimetri.

Meraný roztok sa temperuje na danú tep-lotu s presnosťou +0,1 °C v dvojplášťovej ná-dobke (V = 100 ml) napojenej na termostat.Pri meraní závislosti viskozity roztoku po-lyméru od koncentrácie sa, buď pripravia roz-toky o róznej koncentrácii, alebo sa do ná-dobky presne napipetuje množstvo roztokuo naj vyššej koncentrácii, potřebné na pono-renie celej sondy a nižšie koncentrácie sapripravia riedením priiamo v nádobke. Vý-stupné napátie vo voltoch sa meria digitál-nym voltmetrom, čo umožňuje odčítat mili-volty. Před každým meraním sa odčítá nu-lová poloha sondy voči vzduchu u0. Meraniespočívá v ponoření meracej sondy do vytem-perovaného meraného roztoku polyméru a od-čítaní vy volané j výchylky na voltmetri uc.Odčítaná výchylka sa koriguje na nulovú po-lohu u’c: U’c = Uc — Uo

Absolútne hodnoty kinematických viskozít meraných zriedených roztokov polymérov,

Claims (1)

1. 3 získané z korigovanej hodnoty výstupnéhonapatia u’c pomocou kalibračného grafu vy-jadrujúceho závislost výstupného napatia odkinemaítiokej viskozity, sa, matematicky spra-cujú pódia známých vzťahov platiacich prezriedené roztoky polymérov. Po zmeraní sasonda z roztoku vyberie, utrie sa do suchaa po ustálení nulovej polohy je připravenák ďalšiemu meraniu. Nový spósob merania viskozít zriedenýchroztokov polymérov představuje oproti me-raniu na kapilárnom viskozimetri veikú ča-sová úsporu, ktorá spočívá v podstatnomskrátení doby samotného merania a v úpl-nom odstránení zdíhavého procesu čisteníakapilárneho viskozimetra. So skrátením časumeťania priamo súvisia aj úspory elektrickejenergie na temperovanie, čo je výrazné naj-ma pri polyméroch rozpustných pri vyššíchteplotách. Uvedenú metodu možno úspěšně použitpre rýchle, pohodlné a přesné meranie visko-zít zriedených roztokov polymérov. Pri trochsúbežných stanoveniach dosahuje relativnáchyba merania hodnotu 0,5 %. Příklad Z polymeru, ktorého viskozitné číslo sastanovuje, sa připraví roztok o koncentrácii0,005 mg/ml. Po vytemperovaní na teplotu25 + 0,1 °C sa zmeria na ultrazvukovom vis-kozimetri výstupné napátie tohto roztokui čistého rozpúšťadla. Z nameraných hodnotsa vypočítá hodnota viskozitného čísla(VC)uv podlá vztahu: (VC)uv = (ml/g) Uq . c PREDMET Sposob merania viskozity roztokov poly-mérov pomocou ultrazvukového viskozimet-ra, vyznačujúci sa tým, že ponořením ultra-zvukovej sondy s cítlivosťou pre oblast’ níz-kých hodnot viskozít do vytemperovanéhomeráného roztoku polyméru tlmenie ultra-zvukových kmitov, spósobené prostředím vy- kde uc je výstupné napátie roztoku a u0 jevýstupné napátie rozpúšťadla korigované nanulovú polohu sondy. Vypočítaná hodnota(VČ)uv sa pretransformuje pomocou kalibrač-ného grafu na hodnotu viskozitného čísla(VC)kv zodpovedajúceho hodnotě nameranejna kapilárnom viskozimetri. Kalibračný graf sa získá vynesením závis-losti (VČ)uv = f (VČ)kv získanej zmeranímuvedených hodnot na kapilárnom a ultra-zvukovom viskozimetri pre minimálně osemreferenčných vzoriek. V tabufke I sú uvedené hodnotý viskozit-ných čísel polymérov nameraných uvedenýmspósobom pre pať róznych typov polymérov,ktoré sú porovnané s hodnotami získanýmimeraním na kapilárnom viskozimetri. Roz-diel medzi hodnotami viskozitných čísel na-meranými oboma spósobmi nepresahujú roz-diel povolený Československou státní normou64 3200 medzi dvorná súbežnými meraniamičo je + 1 ml/g. Tabulka I Typ polyméru í(VC)kv (ml/g) (VC)UV (ml./g) SLO VINYL 104/S 147,5 147,8 SLOVINYL 7/S 130,5 129,5 PEVIKON 116,0 116,0 LUKOVYL 108,5 107,5 SLOVINYL 622 96,8 97,5 Uvedený postup je možné použiť v podni-koch, ktoré produkuj ú i spracovávajú poly-méry, kde sa viskozimetrické merania za úče-lom kontroly produktov vykonávajú počascelej prevádzky. volá napáťový signál, ktorý je nelineárně zá-vislý od súčinu mernej hmotnosti a dyna-mickej viskozity a po korekcii na nulovúpolohu sa napáťový signál transformuje po-mocou kalibračného grafu na absolútnu hod-notu kinematickej viskozity,