JP2011214978A - Device and method for measuring coefficient of cubic expansion of solid organic polymer material - Google Patents
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Description
本発明は、固体有機高分子材料の体積膨張率の測定装置とその測定方法、さらに詳しくは、亜臨界流体あるいは超臨界流体等の高圧流体中で膨潤するような性質を有する合成樹脂あるいは合成ゴム等の体積の膨張率を測定し、或いは化学プロセスにおける高温高圧の雰囲気流体に接触するパッキンあるいはO−リング等のゴム製品などの体積の膨張率を測定することができる、固体有機高分子材料の体積膨張率の測定装置とその測定方法に関するものである。 The present invention relates to an apparatus and a method for measuring the volume expansion coefficient of a solid organic polymer material, and more specifically, a synthetic resin or synthetic rubber having a property of swelling in a high-pressure fluid such as a subcritical fluid or a supercritical fluid. Of solid organic polymer materials that can measure the volume expansion coefficient of rubber products such as packing or O-rings that are in contact with high temperature and high pressure atmospheric fluid in chemical processes The present invention relates to a volume expansion coefficient measuring device and a measuring method thereof.
超臨界流体は物質への浸透力が優れていることから、各種の素材からなる固体に機能性物質を注入して、その固体に所望の特性を付与し、或いは固体中から不純物を除去する等の種々の技術が開発されている。特に二酸化炭素の場合には、臨界温度や臨界圧力が比較的低いことから、超臨界二酸化炭素をたとえば、汎用プラスチック、汎用エンジニアリングプラスチック、特殊エンジニアリングプラスチックに代表される合成樹脂のような固体有機高分子材料に接触させ、加工する種々の技術が開発されている。 Since supercritical fluids have excellent penetrating power to substances, functional substances are injected into solids made of various materials to give desired properties to the solids, or impurities are removed from the solids, etc. Various technologies have been developed. Especially in the case of carbon dioxide, since the critical temperature and critical pressure are relatively low, supercritical carbon dioxide is a solid organic polymer such as a synthetic resin represented by general-purpose plastics, general-purpose engineering plastics, and special engineering plastics. Various techniques for contacting and processing materials have been developed.
ところで、合成樹脂や合成ゴムのような固体有機高分子材料を所定の温度で加工等する場合、その固体有機高分子材料の物性、たとえばガラス転移点(Tg)のような物性を予め把握しておくと、その加工等の作業を行う上で、そのための装置の温度設定等を容易に行うことができる。このためガラス転移点(Tg)を推算することが行われているが、そのガラス転移点(Tg)を推算する式に、固体有機高分子材料の重量変化(ΔW)、体積変化(ΔV)、密度変化(Δρ)等が含まれているので、これらを測定し、その測定値を前記推算式に代入してガラス転移点(Tg)が推算されることになる。 By the way, when processing a solid organic polymer material such as a synthetic resin or a synthetic rubber at a predetermined temperature, the physical properties of the solid organic polymer material, such as a glass transition point (Tg), are grasped in advance. In doing so, the temperature setting of the apparatus for that purpose can be easily performed in performing the processing. For this reason, the glass transition point (Tg) is estimated, and the weight transition (ΔW), volume change (ΔV), and volume change (ΔV) of the solid organic polymer material are added to the formula for estimating the glass transition point (Tg). Since changes in density (Δρ) and the like are included, these are measured, and the measured values are substituted into the above estimation formula to estimate the glass transition point (Tg).
また、ガラス転移点(Tg)に限らず、たとえば比熱(定圧比熱Cp,定容比熱Cv)や融点(Tm)等の物理量についても推算式が利用される場合があり、その推算式にはガラス転移点(Tg)の場合と同様に重量変化(ΔW)や体積変化(ΔV)等が含まれている。 Further, not only the glass transition point (Tg) but also an estimation formula may be used for physical quantities such as specific heat (constant pressure specific heat Cp, constant volume specific heat Cv) and melting point (Tm), for example. Similar to the transition point (Tg), a change in weight (ΔW), a change in volume (ΔV), and the like are included.
そして、上記のような超臨界二酸化炭素を固体有機高分子材料に接触させる際、その固体有機高分子材料は超臨界二酸化炭素を吸収し、膨潤して重量や体積が変化することとなるが、このような超臨界流体は当然のことながら高温、高圧下で取り扱われるので、特に体積を測定する場合、常温、大気下における物質の標準的な体積と比べた高温、高圧下による体積誤差を考慮しなければならない上に、超臨界二酸化炭素が固体有機高分子材料に吸収されていることによる体積誤差を考慮しなければならないため、かかる条件下での体積変化の測定は非常に困難となっていた。 And, when the supercritical carbon dioxide as described above is brought into contact with the solid organic polymer material, the solid organic polymer material absorbs the supercritical carbon dioxide and swells to change its weight and volume. Naturally, such supercritical fluids are handled at high temperatures and pressures. Therefore, especially when measuring volumes, volume errors due to high temperatures and high pressures compared to standard volumes of materials at normal temperatures and in air are considered. In addition, volume errors due to the absorption of supercritical carbon dioxide in solid organic polymer materials must be taken into account, making it difficult to measure volume changes under such conditions. It was.
そこで、このような場合、従来においては、フィルム状に形成された固体有機高分子材料のサンプルを、高温、高圧下のセル内に設置し、その状態で写真撮影等により面積を測定し、その面積変化から体積変化が算出されていた。具体的には固体有機高分子材料のサンプルの厚みを極力薄くすることによって面積変化ΔS≒ΔVと近似することにより、体積変化が求められていた。 Therefore, in such a case, conventionally, a sample of a solid organic polymer material formed into a film is placed in a cell under high temperature and high pressure, and the area is measured by taking a photograph or the like in that state. The volume change was calculated from the area change. Specifically, the volume change has been sought by approximating the area change ΔS≈ΔV by reducing the thickness of the sample of the solid organic polymer material as much as possible.
しかし、このような近似方法では、フィルム状のサンプルに凹凸がある場合、測定誤差が大きくなるおそれある。また、サンプルがフィルム状であるので、高温、高圧下ではサンプルに反り、巻き込み、捩れなどが生じ、この場合にも測定誤差が大きくなるおそれある。 However, in such an approximation method, if the film-like sample has irregularities, the measurement error may increase. In addition, since the sample is in the form of a film, the sample is warped, entrained, twisted, and the like at high temperature and high pressure, and in this case, measurement error may be increased.
反りを防止するために、ガラス板等で上下からサンプルを挟持するようなことも行われていたが、この場合には、上記ガラス版の存在によって超臨界二酸化炭素を固体有機高分子材料のサンプル全面に亘って接触させるのが困難となり、厚みの薄い側面側からしか超臨界二酸化炭素がサンプルに接触することにならないので、超臨界二酸化炭素の雰囲気下という特殊条件下で測定を行うという本来の目的に合致した測定を行うことができず、測定した体積変化の測定値を、同様の温度や圧力の条件下における上記ガラス転移点(Tg)、比熱等の物理量の推算式に代入した場合、その物理量が正確に算出されないこととなる。また、ガラス板と固体有機高分子材料との相互作用を無視することになり、誤差が大きくなる。 In order to prevent warping, the sample was sandwiched from above and below with a glass plate or the like, but in this case, supercritical carbon dioxide was sampled from the solid organic polymer material due to the presence of the glass plate. Since it becomes difficult to make contact over the entire surface and supercritical carbon dioxide comes into contact with the sample only from the side of the thin side, the original measurement is performed under special conditions in a supercritical carbon dioxide atmosphere. When the measurement that matches the purpose cannot be performed and the measured value of the volume change is substituted into the formula for estimating the physical quantity such as the glass transition point (Tg) and specific heat under the same temperature and pressure conditions, That physical quantity is not accurately calculated. In addition, the interaction between the glass plate and the solid organic polymer material is ignored, and the error increases.
そこで、このような問題点を解決するために、下記特許文献1のような特許出願がなされている。この特許文献1に係る発明は、当該特許文献1の請求項1にも記載されているように、「高圧容器部内に、高圧流体によって膨潤する性質を有し且つ回転対称軸を有する立体形状に形成された有機高分子材料からなる固体を固定して収容した後、前記高圧容器部内に高圧流体を流入して前記固体を膨潤させ、該膨潤状態が平衡状態となった後に、前記高圧容器部内で固定された静止状態の固体を、デジタルカメラで撮影し、同じ角度ずつ回転させた静止位置で順次撮影を繰り返し、それぞれの静止位置で撮影された画像について、所定の算出方法で立体形状からなる固体の体積を近似的に算出することにより、該固体の体積を測定することを特徴とする固体の体積の測定方法」である。 Therefore, in order to solve such problems, patent applications such as the following Patent Document 1 have been filed. As described in claim 1 of Patent Document 1, the invention according to Patent Document 1 is “a three-dimensional shape having a property of being swollen by a high-pressure fluid in a high-pressure vessel and having a rotationally symmetric axis. After the solid made of the formed organic polymer material is fixed and accommodated, a high-pressure fluid is allowed to flow into the high-pressure vessel part to swell the solid, and after the swollen state has reached an equilibrium state, The solid images of the stationary state fixed in (3) are photographed with a digital camera, and sequentially photographed at stationary positions rotated by the same angle, and the images photographed at each stationary position have a three-dimensional shape by a predetermined calculation method. A solid volume measuring method characterized in that the volume of the solid is measured by approximately calculating the volume of the solid.
この特許文献1に係る発明では、高圧流体によって膨潤する性質を有する固体有機高分子材料からなる固体試料に適用し、そのような固体試料を高圧容器部内に収容して行うので、一般に高圧流体雰囲気下で困難とされていた膨潤性固体の体積測定を容易に行えるという効果が奏される。また、体積変化(ΔV)の数値算出の精度を飛躍的に向上させることができ、このようにして算出された体積変化(ΔV)の数値を、超臨界二酸化炭素雰囲気中で処理する対象となる各種合成樹脂等の固体有機高分子材料の高圧下、特に超臨界流体の雰囲気下における物理量、たとえばガラス転移点(Tg)、融点(Tm)、比熱(Cp),(Cv)等の推算式に代入した場合の誤差も、従来の算出方法に比べて著しく少なくなるという効果を奏させるものであり、従来に存在しなかった画期的な方法である。 In the invention according to Patent Document 1, since it is applied to a solid sample made of a solid organic polymer material having a property of swelling by a high-pressure fluid, and such a solid sample is accommodated in a high-pressure vessel portion, a high-pressure fluid atmosphere is generally used. The effect of easily measuring the volume of the swellable solid, which has been difficult underneath, is achieved. In addition, the accuracy of the numerical calculation of the volume change (ΔV) can be dramatically improved, and the numerical value of the volume change (ΔV) calculated in this way is a target to be processed in a supercritical carbon dioxide atmosphere. Estimates of physical quantities such as glass transition point (Tg), melting point (Tm), specific heat (Cp), (Cv) under high pressure of solid organic polymer materials such as various synthetic resins, especially under supercritical fluid atmosphere The error in the case of substitution is also an epoch-making method that did not exist in the prior art because it has the effect of being significantly less than the conventional calculation method.
しかし、上記のような高圧容器部内での超臨界流体の雰囲気下における体積変化(ΔV)の数値算出の精度は向上させることができるが、この技術を化学プロセス全般的に使用される固体有機高分子材料、たとえば当該化学プロセスにおける高温高圧の雰囲気流体(一般的に高温高圧の液体やスラリー状の流体)に接触するパッキンあるいはO−リング等の体積膨張率を測定することに適用するのは容易ではない。すなわち、実際の化学工学プロセスにおいては、パッキンやO−リングは高温高圧の雰囲気流体と接触した状態とされているので、そのようなパッキンやO−リング等の体積膨張率を測定するには、実際の化学工学プロセスと同じようにパッキンやO−リングを雰囲気流体下にさらされた状態とする必要がある。 However, although the accuracy of numerical calculation of volume change (ΔV) in the atmosphere of the supercritical fluid in the high-pressure vessel part as described above can be improved, this technique is applied to the solid organic high Easy to apply to the measurement of the volume expansion coefficient of molecular materials, such as packing or O-rings that come into contact with high-temperature and high-pressure atmospheric fluid (generally high-temperature and high-pressure liquid or slurry fluid) in the chemical process is not. That is, in an actual chemical engineering process, packing and O-rings are in contact with a high-temperature and high-pressure atmospheric fluid. To measure the volume expansion coefficient of such packings and O-rings, It is necessary to leave the packing and O-ring exposed to the ambient fluid as in the actual chemical engineering process.
これに対して、上記特許文献1の測定方法では、立体形状に形成された固体有機高分子材料からなる固体試料を、回転対称軸を中心に所定角度ずつ回転させて撮影した画像に基づいて体積膨張率を近似的に算出する方法であるため、固体試料を回転させる軸中心部となる回転軸部分が、測定すべき固体試料を収容するケーシングの一部に挿通されることとなる。このように回転軸部分をケーシングの一部に挿通させることによって、挿通させる孔をケーシングに穿設しなければならない。このような孔は、上記のような超臨界流体の雰囲気下における体積膨張率の測定を行う場合には、ある程度のシール性を具備させることで影響が出ないが、上記装置のケーシング内にオイル等の液体を収容し、パッキンやO−リングを、そのオイル等の雰囲気液体下にさらされた状態とすることは困難である。すなわち、回転軸部分を挿通させるために穿設された孔から、上記オイル等の流体が、ケーシングの外部に漏洩することとなのである。 On the other hand, in the measurement method of Patent Document 1, a volume of a solid sample made of a solid organic polymer material formed in a three-dimensional shape is measured based on an image obtained by rotating the solid sample by a predetermined angle about a rotational symmetry axis. Since it is a method of calculating the expansion coefficient approximately, the rotation shaft portion that is the shaft central portion that rotates the solid sample is inserted into a part of the casing that houses the solid sample to be measured. Thus, by inserting the rotating shaft portion into a part of the casing, a hole to be inserted must be formed in the casing. Such a hole is not affected by providing a certain degree of sealing performance when measuring the volume expansion coefficient in the supercritical fluid atmosphere as described above. It is difficult to store the liquid such as the packing and the O-ring exposed to the atmospheric liquid such as the oil. That is, the fluid such as oil leaks to the outside of the casing from the hole drilled through the rotating shaft portion.
さらに、上記特許文献1に係る発明では、測定すべき固体試料が、回転対称軸を中心に対称となる立体形状とされる必要があることから、その形状は、台形を回転させて得られる円錐台形状のような特殊な形状とされることが必要であり、そのような特殊な形状に測定すべき固体試料を加工しなければならないこととなっていた。 Furthermore, in the invention according to Patent Document 1, since the solid sample to be measured needs to have a three-dimensional shape that is symmetric about the rotational symmetry axis, the shape is a cone obtained by rotating a trapezoid. A special shape such as a trapezoidal shape is required, and a solid sample to be measured has to be processed into such a special shape.
さらに、上記特許文献1に記載された方法では、架台上に固体試料を載置しただけの状態で測定しているので、超臨界流体のように、固体試料よりも密度の低い流体をケーシング内で流通させる場合には問題はないが、雰囲気流体の密度が固体試料と同程度かそれよりも高い条件でケーシング内を流通させる場合には、固体試料が架台上で不用意に移動するおそれがあり、測定が不正確になるおそれがある。 Furthermore, in the method described in the above-mentioned Patent Document 1, since the measurement is performed in a state where the solid sample is merely placed on the gantry, a fluid having a density lower than that of the solid sample is introduced into the casing, such as a supercritical fluid. However, if the ambient fluid density is about the same as or higher than that of the solid sample, the solid sample may inadvertently move on the gantry. Yes, measurement may be inaccurate.
さらに、上記特許文献1に記載された方法では、可視窓からデジタルカメラ等の画像撮影手段によってケーシング内の固体試料を撮影するので、雰囲気流体が不透明の場合には画像の撮影ができず、その結果、測定が不可能となる。 Furthermore, in the method described in Patent Document 1, since the solid sample in the casing is imaged from the visible window by image capturing means such as a digital camera, the image cannot be captured when the atmospheric fluid is opaque. As a result, measurement becomes impossible.
本発明は、このような問題点を解決するためになされたもので、亜臨界流体あるいは超臨界流体等の高圧流体中で膨潤するような性質を有する合成樹脂あるいは合成ゴム等の体積の膨張率を測定し、或いは化学プロセスにおける高温高圧の雰囲気流体に接触するパッキンあるいはO−リング等のゴム製品などの体積の膨張率を測定することができる、固体有機高分子材料の体積膨張率の測定装置とその測定方法を提供することを課題とする。 The present invention has been made to solve such problems, and the volume expansion coefficient of a synthetic resin or synthetic rubber having a property of swelling in a high-pressure fluid such as a subcritical fluid or a supercritical fluid. For measuring the volume expansion coefficient of solid organic polymer materials that can measure the volume expansion coefficient of rubber products such as packings or O-rings that come into contact with high-temperature and high-pressure atmospheric fluids in chemical processes And providing a measuring method thereof.
本発明は、このような課題を解決するために、流体、該流体によって膨潤する性質を有する固体有機高分子材料からなる固体試料、及び該固体試料が膨潤することにより前記流体中で流動する流動媒体を収容しうる測定容器と、前記固体試料が膨潤して前記流体中で流動媒体が流動することによって前記該測定容器内に昇降自在に設けられたピストンと、前記固体試料の体積膨張率を測定すべく、前記ピストンが上昇した距離を検知する検知手段とを具備することを特徴とする固体有機高分子材料の体積膨張率の測定装置を提供するものである。 In order to solve such problems, the present invention provides a fluid, a solid sample made of a solid organic polymer material having a property of swelling by the fluid, and a flow that flows in the fluid by swelling the solid sample. A measurement container capable of containing a medium, a piston provided so as to be movable up and down in the measurement container when the solid sample swells and a fluid medium flows in the fluid, and a volume expansion coefficient of the solid sample. In order to make a measurement, the present invention provides a measuring device for the volume expansion coefficient of a solid organic polymer material, characterized by comprising a detecting means for detecting the distance that the piston has moved up.
また、本発明は、流体を収容しうる測定容器内に、該流体によって膨潤する性質を有する固体有機高分子材料からなる固体試料を収容するとともに、該固体試料が膨潤することにより前記流体中で流動する流動媒体を前記測定容器内に充填し、且つ前記固体試料が膨潤して流動媒体が流動することにより昇降自在となるようなピストンを前記測定容器内に設け、該測定容器内に流体を流入して前記固体試料を膨潤させるとともに、前記流動媒体を流体中で流動させることにより前記ピストンを上昇させ、該ピストンが上昇した距離を検知する検知手段により、ピストンが上昇した距離を検知して固体試料の体積膨張率を測定することを特徴とする固体有機高分子材料の体積膨張率の測定方法を提供するものである。 Further, the present invention accommodates a solid sample made of a solid organic polymer material having a property of swelling by a fluid in a measurement container that can contain the fluid, and the solid sample swells in the fluid. The measuring container is filled with a fluid medium to flow, and a piston is provided in the measuring container so that the solid sample swells and the fluid medium flows to allow the fluid to move up and down. The solid sample is swelled to flow, the piston is raised by flowing the fluid medium in the fluid, and the detection means for detecting the distance that the piston is raised detects the distance the piston is raised. The present invention provides a method for measuring the volume expansion coefficient of a solid organic polymer material, characterized by measuring the volume expansion coefficient of a solid sample.
ピストンが上昇した距離を検知する検知手段としては、測定容器の外側にピストンの一部を裸出させるとともに、該裸出したピストンとともに測定容器を別の高圧容器内に収容し、前記ピストンの先端部に永久磁石を取り付け、該永久磁石が取り付けられたピストンの先端部の位置に対応する高圧容器の外周面側で転動しうるように該永久磁石に吸引されるフロートを該高圧容器の外周面に設け、該フロートの移動距離によってピストンが上昇した距離を検知するような手段を採用することができる。 As a detection means for detecting the distance that the piston has moved up, a part of the piston is exposed outside the measurement container, and the measurement container is housed in another high-pressure container together with the exposed piston, and the tip of the piston A permanent magnet is attached to the part, and the float sucked by the permanent magnet is arranged on the outer periphery of the high-pressure vessel so that it can roll on the outer peripheral surface side of the high-pressure vessel corresponding to the position of the tip of the piston to which the permanent magnet is attached. It is possible to employ a means that is provided on the surface and detects the distance that the piston has moved up by the movement distance of the float.
また、ピストンの先端部に永久磁石を取り付け、該永久磁石が取り付けられたピストンの先端部の位置に対応する測定容器の外周面側で転動しうるように永久磁石に吸引されるフロートを該測定容器の外周面に設け、該フロートの移動距離によってピストンが上昇した距離を検知するような手段を採用することもできる。 In addition, a permanent magnet is attached to the tip of the piston, and the float attracted by the permanent magnet so that it can roll on the outer peripheral surface side of the measurement container corresponding to the position of the tip of the piston to which the permanent magnet is attached. It is also possible to employ means that is provided on the outer peripheral surface of the measurement container and detects the distance that the piston has moved up by the distance of movement of the float.
さらに、ピストンが上昇した距離を検知する検知手段として、測定容器の外側にピストンの一部を裸出させるとともに、該ピストンの先端部側に目盛りを設け、測定容器の外側で上昇するピストンの目盛りによってピストンが上昇した距離を検知するような手段を採用することもできる。 Further, as a detecting means for detecting the distance that the piston has moved up, a part of the piston is exposed outside the measurement container, and a scale is provided on the tip side of the piston, and the scale of the piston rising outside the measurement container It is also possible to adopt means for detecting the distance that the piston has moved up.
流動媒体としては、摺動性に優れた表面を有する多数の球状体の集合物のようなものを用いることができる。 As the fluid medium, a material such as an aggregate of a large number of spherical bodies having a surface excellent in slidability can be used.
本発明においては、上述のように、流体を収容しうる測定容器内に、該流体によって膨潤する性質を有する固体有機高分子材料からなる固体試料を収容するとともに、該固体試料が膨潤することにより前記流体中で流動する流動媒体を前記測定容器内に充填し、且つ前記固体試料が膨潤して流動媒体が流動することにより昇降自在となるようなピストンを前記測定容器内に設け、該測定容器内に流体を流入して前記固体試料を膨潤させるとともに、前記流動媒体を流体中で流動させることにより前記ピストンを上昇させ、該ピストンが上昇した距離を検知する検知手段により、ピストンが上昇した距離を検知して固体試料の体積膨張率を測定する方法であるため、固体試料の膨張した体積が流動媒体の流動や流体の移動を介してピストンに好適に伝達され、ピストンが上昇した距離を上記検知手段によって検知して固体試料の体積膨張率を測定することができる。 In the present invention, as described above, a solid sample made of a solid organic polymer material having the property of being swollen by the fluid is contained in a measurement container that can contain the fluid, and the solid sample is swollen. The measurement container is provided with a piston that is filled with a fluid medium that flows in the fluid and that can be moved up and down as the solid sample swells and the fluid medium flows. The distance by which the piston is raised by the detecting means for detecting the distance by which the piston is lifted by flowing the fluid into the fluid and causing the solid sample to swell and by causing the fluid medium to flow in the fluid. Therefore, the volume expansion rate of the solid sample is measured, and the expanded volume of the solid sample is favored by the piston through the flow of the flow medium and the movement of the fluid. Is transmitted to the distance the piston is raised is detected by said detecting means capable of measuring the volume expansion coefficient of the solid sample.
このように、膨張流動媒体の流動や流体の移動を介して伝達されたピストンの上昇距離を上記のような検知手段によって検知して固体試料の体積膨張率を測定することができるので、測定容器内に流入される流体の密度や透明度などの物性を問わず、固体試料の膨張した体積を好適に測定することができ、その結果、超臨界流体のような流体中での固体有機高分子材料の体積膨張率を測定することができるだけでなく、上記従来の特許文献1記載の技術では測定が困難であった、実際の化学プロセス状で用いられる雰囲気流体下におけるパッキンやO−リング等の固体有機高分子材料の体積膨張率の測定も可能になるという効果がある。 In this way, the volume expansion coefficient of the solid sample can be measured by detecting the rising distance of the piston transmitted through the flow of the expansion fluid medium and the movement of the fluid by the detection means as described above. Regardless of physical properties such as density and transparency of the fluid that flows into the solid, it is possible to suitably measure the expanded volume of the solid sample. As a result, the solid organic polymer material in the fluid such as a supercritical fluid In addition to measuring the volume expansion coefficient, solids such as packing and O-rings in an atmospheric fluid used in an actual chemical process, which is difficult to measure with the technique described in Patent Document 1 above, are used. There is an effect that the volume expansion coefficient of the organic polymer material can be measured.
以下、本発明の実施形態について説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described.
本発明の固体有機高分子材料の体積膨張率の測定装置は、流体、該流体によって膨潤する性質を有する固体有機高分子材料からなる固体試料、及び該固体試料が膨潤することにより前記流体中で流動する流動媒体を収容しうる測定容器と、前記固体試料が膨潤して前記流体中で流動媒体が流動することによって前記該測定容器内に昇降自在に設けられたピストンと、該ピストンが上昇した距離を検知して固体試料の体積膨張率を測定する検知手段とを具備するものである。 An apparatus for measuring a volume expansion coefficient of a solid organic polymer material according to the present invention includes a fluid, a solid sample composed of a solid organic polymer material having a property of being swollen by the fluid, and the solid sample being swollen in the fluid. A measurement container capable of containing a flowing fluid medium; a piston provided so as to be movable up and down in the measurement container when the solid sample swells and the fluid medium flows in the fluid; and the piston is raised Detecting means for detecting the distance and measuring the volume expansion coefficient of the solid sample.
また、本発明の固体有機高分子材料の体積膨張率の測定方法は、流体を収容しうる測定容器内に、該流体によって膨潤する性質を有する固体有機高分子材料からなる固体試料を収容するとともに、該固体試料が膨潤することにより前記流体中で流動する流動媒体を前記測定容器内に充填し、且つ前記固体試料が膨潤して流動媒体が流動することにより昇降自在となるようなピストンを前記測定容器内に設け、該測定容器内に流体を流入して前記固体試料を膨潤させるとともに、前記流動媒体を流体中で流動させることにより前記ピストンを上昇させ、該ピストンが上昇した距離を検知する検知手段により、ピストンが上昇した距離を検知して固体試料の体積膨張率を測定するものである。 Moreover, the method for measuring the volume expansion coefficient of the solid organic polymer material of the present invention accommodates a solid sample made of a solid organic polymer material having the property of being swollen by the fluid in a measurement container capable of accommodating the fluid. A piston that fills the measurement container with a fluid medium that flows in the fluid as the solid sample swells, and that can move up and down as the solid sample swells and the fluid medium flows. Provided in the measurement container, the fluid flows into the measurement container to swell the solid sample, and the fluid medium is flowed in the fluid to raise the piston and detect the distance the piston has moved up. The detection means detects the distance that the piston is raised and measures the volume expansion coefficient of the solid sample.
ピストンが上昇した距離を検知する検知手段としては、測定容器の外側にピストンの一部を裸出させるとともに、該裸出したピストンとともに測定容器を別の高圧容器内に収容し、前記ピストンの先端部に永久磁石を取り付け、該永久磁石が取り付けられたピストンの先端部の位置に対応する高圧容器の外周面側で転動しうるように該永久磁石に吸引されるフロートを該高圧容器の外周面に設け、該フロートの移動距離によってピストンが上昇した距離を検知するような手段を採用することができる。 As a detection means for detecting the distance that the piston has moved up, a part of the piston is exposed outside the measurement container, and the measurement container is housed in another high-pressure container together with the exposed piston, and the tip of the piston A permanent magnet is attached to the part, and the float sucked by the permanent magnet is arranged on the outer periphery of the high-pressure vessel so that it can roll on the outer peripheral surface side of the high-pressure vessel corresponding to the position of the tip of the piston to which the permanent magnet is attached. It is possible to employ a means that is provided on the surface and detects the distance that the piston has moved up by the movement distance of the float.
また、ピストンの先端部に永久磁石を取り付け、該永久磁石が取り付けられたピストンの先端部の位置に対応する測定容器の外周面側で転動しうるように該永久磁石に吸引されるフロートを該測定容器の外周面に設け、フロートの移動距離によってピストンが上昇した距離を検知するような手段を採用することもできる。 In addition, a permanent magnet is attached to the tip of the piston, and a float sucked by the permanent magnet is attached so that it can roll on the outer peripheral surface side of the measurement container corresponding to the position of the tip of the piston to which the permanent magnet is attached. A means that is provided on the outer peripheral surface of the measurement container and detects the distance by which the piston is lifted by the movement distance of the float can also be adopted.
上記のように、ピストンの先端部の位置に対応する測定容器又は高圧容器の外周面側で転動しうるように該永久磁石に吸引されるフロートを該測定容器又は高圧容器の外周面に設ける場合、その測定容器又は高圧容器の外周面に直接接触するように設けることも可能ではあるが、これに限らず、たとえば測定容器又は高圧容器の外周面に目盛りが付された細長い透明なケーシングを設置し、そのケーシング内にフロートを収納することも可能である。この場合においても、ピストンの先端部に取り付けられた永久磁石の移動に伴って、ケーシング内のフロートも転動しながら移動するので、測定容器又は高圧容器の内部を外側から透視することができなくても、ピストンが上昇した距離を検知することができるのである。 As described above, the float attracted by the permanent magnet is provided on the outer peripheral surface of the measurement container or high-pressure vessel so that it can roll on the outer peripheral surface side of the measurement container or high-pressure vessel corresponding to the position of the tip of the piston. In this case, it is possible to provide the measurement container or the high-pressure container so as to be in direct contact with the outer peripheral surface of the measurement container or the high-pressure container. It is also possible to install and store the float in its casing. Even in this case, as the permanent magnet attached to the tip of the piston moves, the float in the casing also moves while rolling, so the inside of the measurement vessel or high-pressure vessel cannot be seen through from the outside. However, the distance that the piston has risen can be detected.
なお、永久磁石としては、フェライト磁石、金属磁石、ボンド磁石などが適用できるが、無機成分で構成される固体状のフェライト磁石と金属磁石が好ましい。さらに、強力な磁力を有する金属磁石がより好ましい。金属磁石はアルニコ磁石と希土類磁石があり、その希土類磁石のなかのネオジウム磁石がより好ましい。また、フロートとしては、永久磁石に吸引される性質の金属であることが好ましい。さらには、該永久磁石とフロートとの吸引力を強固にし、その連動をスムーズにするために、該フロートの材質も永久磁石であることがより好ましい。 In addition, as a permanent magnet, although a ferrite magnet, a metal magnet, a bond magnet, etc. can be applied, the solid-state ferrite magnet and metal magnet which are comprised with an inorganic component are preferable. Furthermore, a metal magnet having a strong magnetic force is more preferable. The metal magnet includes an alnico magnet and a rare earth magnet, and a neodymium magnet among the rare earth magnets is more preferable. The float is preferably a metal that is attracted to a permanent magnet. Furthermore, in order to strengthen the attractive force between the permanent magnet and the float and make the interlocking smooth, it is more preferable that the material of the float is also a permanent magnet.
さらに、ピストンが上昇した距離を検知する検知手段として、測定容器の外側にピストンの一部を裸出させるとともに、該ピストンの先端部側に目盛りを設け、測定容器の外側で上昇するピストンの目盛りによってピストンが上昇した距離を検知するような手段を採用することもできる。 Further, as a detecting means for detecting the distance that the piston has moved up, a part of the piston is exposed outside the measurement container, and a scale is provided on the tip side of the piston, and the scale of the piston rising outside the measurement container It is also possible to adopt means for detecting the distance that the piston has moved up.
また膨張流動媒体としては、表面が円滑面に形成された多数の球状の粒状体からなるようなものを用いことができる。たとえばガラスビーズ、ステンレス、そのほかの金属のようなものを用いることができる。ただし、表面が円滑面の程度や球状に成形する作業の容易さ、製造コストの観点からは、ガラスビーズを用いるのが望ましい。 Moreover, as an expansion | swelling fluid medium, what consists of many spherical granular materials in which the surface was formed in the smooth surface can be used. For example, glass beads, stainless steel, and other metals can be used. However, it is desirable to use glass beads from the viewpoint of the smoothness of the surface, the easiness of the work of forming into a spherical shape, and the production cost.
そのような多数の球状の粒状体を用いる場合、粒状体の粒径は、0.5〜2mm程度であることが望ましい。0.5mm未満になると、ピストンが昇降する際に、そのピストンの下部と、測定容器又は高圧容器の内周面間に生じる間隙部に粒状体が進入してピストン下部と容器内周面間に粒状体が不用意に挟まってピストンが動かなくなるおそれがあるからである。 When such a large number of spherical particles are used, the particle size of the particles is preferably about 0.5 to 2 mm. If it is less than 0.5 mm, when the piston moves up and down, the granular material enters the gap formed between the lower part of the piston and the inner peripheral surface of the measurement container or the high-pressure container, and between the lower part of the piston and the inner peripheral surface of the container. This is because there is a possibility that the piston may not move due to inadvertently sandwiching the granular material.
その一方で、2mmを超えると、固体試料が不定形の場合、その固体試料に粒状体が接触するときに、固体試料と粒状体間に不用意に隙間が生じるおそれがあり、固体試料の膨張した体積が膨張流動媒体に正確に伝達されないおそれがあり、体積膨張率の測定が不正確になるおそれがあるからである。 On the other hand, if the solid sample exceeds 2 mm, if the solid sample is indeterminate, there is a possibility that a gap may be inadvertently formed between the solid sample and the granular material when the solid sample comes into contact with the solid sample. This is because the measured volume may not be accurately transmitted to the expanding fluid medium, and the measurement of the volume expansion rate may be inaccurate.
流体としては、たとえば超臨界流体を用いることができ、その場合の流体の種類としては、たとえば二酸化炭素(臨界温度:31.1℃、臨界圧力:7.38MPa)を用いることができる。また二酸化炭素以外に、亜酸化窒素(臨界温度:36.4℃、臨界圧力:7.24MPa)、トリフルオロメタン(臨界温度:25.9℃、臨界圧力:4.84MPa)、窒素(臨界温度:―147℃、臨界圧力:3.39MPa)のようなものも用いることができる。また超臨界流体に限らず、亜臨界流体を使用することもできる。 As the fluid, for example, a supercritical fluid can be used. In this case, for example, carbon dioxide (critical temperature: 31.1 ° C., critical pressure: 7.38 MPa) can be used. In addition to carbon dioxide, nitrous oxide (critical temperature: 36.4 ° C., critical pressure: 7.24 MPa), trifluoromethane (critical temperature: 25.9 ° C., critical pressure: 4.84 MPa), nitrogen (critical temperature: (-147 ° C., critical pressure: 3.39 MPa) can also be used. Moreover, not only a supercritical fluid but a subcritical fluid can also be used.
さらに流体としては、上記超臨界流体に限らず、たとえば、温水、熱水、オイルのような液体を用いることもできる。 Furthermore, the fluid is not limited to the supercritical fluid, and for example, liquid such as warm water, hot water, and oil can be used.
有機高分子材料からなる固体試料としては、合成樹脂や合成ゴム等の各種の有機高分子材料を用いることができる。合成樹脂としては、たとえばポリプロピレン(PP)、高密度ポリエチレン(HDPE)、低密度ポリエチレン(LDPE)、ポリ塩化ビニル(PVC)、ポリスチレン(PS)、ABS樹脂(ABS)、ポリメタクリル酸メチル(PMMA)、ポリビニルアルコール(PVA)、ポリ塩化ビニリデン(PVDC)、ポリエチレンテレフタレート(PET)等の汎用プラスチック、ポリアミド、ポリアセタール(POM)、ポリカーボネート(PC)、ポリブチレンテレフタレート(PBT)、ポリエチレンナフタレート(PEN)等の汎用エンジニアプラスチックの他、ポリスルホン(PSU)、ポリエーテルスルホン(PES)、ポリフェニレンスルフィド(PPS)、ポリアリレート(PAR)、ポリアミドイミド(PAI)、ポリエーテルイミド(PEI)、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)、ポリイミド(PI)、フッ素樹脂(PTFE、PCTFE、PVDFなど)等の、特殊エンジニアプラスチックを使用することもでき、さらにはこれらの混合物であるブレンドポリマーも使用することができる。 As the solid sample made of an organic polymer material, various organic polymer materials such as synthetic resins and synthetic rubbers can be used. Examples of synthetic resins include polypropylene (PP), high density polyethylene (HDPE), low density polyethylene (LDPE), polyvinyl chloride (PVC), polystyrene (PS), ABS resin (ABS), and polymethyl methacrylate (PMMA). General purpose plastics such as polyvinyl alcohol (PVA), polyvinylidene chloride (PVDC), polyethylene terephthalate (PET), polyamide, polyacetal (POM), polycarbonate (PC), polybutylene terephthalate (PBT), polyethylene naphthalate (PEN), etc. In addition to general-purpose engineer plastics, polysulfone (PSU), polyethersulfone (PES), polyphenylene sulfide (PPS), polyarylate (PAR), polyamideimide (PAI), polyester Special engineering plastics such as terimide (PEI), polyetheretherketone (PEEK), polyimide (PI), fluororesin (PTFE, PCTFE, PVDF, etc.) can be used, and blend polymers that are a mixture of these Can also be used.
さらに、合成ゴムとしては、ニトリルゴム、ブチルゴム、EPDM、EPM、ポリブタジエンゴム、イソプレンゴム、シリコンゴム、スチレン・ブタジエン共重合体ゴム、エピクロルヒドリンゴム、アルリルゴム等を用いることができる。 Further, as the synthetic rubber, nitrile rubber, butyl rubber, EPDM, EPM, polybutadiene rubber, isoprene rubber, silicon rubber, styrene / butadiene copolymer rubber, epichlorohydrin rubber, allyl rubber, and the like can be used.
以下、本発明のより具体的な実施形態について、図面に従って説明する。 Hereinafter, more specific embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(実施形態1)
図1は、一実施形態としての固体有機高分子材料の体積膨張率の測定装置の概略断面図であり、図2は、該測定装置を組み込んだ超臨界流体による固体有機高分子材料の体積膨張率測定システムを示す概略ブロック図である。本実施形態の固体有機高分子材料の体積膨張率の測定装置22は、図1に示すように、固体有機高分子材料の体積膨張率を測定する測定容器1を、高圧容器13内に収納した構成からなるものである。測定容器1と高圧容器13は、ともにステンレス製のものである。ステンレスの材質としては、一般に300系ステンレスと呼ばれる磁性体でない(磁石に吸引されない)ものを用いるのが望ましい。本実施形態ではSUS316を用いている。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of an apparatus for measuring the volume expansion coefficient of a solid organic polymer material as one embodiment, and FIG. 2 is a volume expansion of the solid organic polymer material by a supercritical fluid incorporating the measurement apparatus. It is a schematic block diagram which shows a rate measurement system. As shown in FIG. 1, the measuring
測定容器1は、図1に示すように、略円筒状の容器本体2と、該容器本体2の上部の開口部3を閉鎖する上部蓋体4と、該容器本体2の底部の開口部5を閉鎖する底部蓋体6と、該容器本体2内で昇降自在に設けられたピストン7とを具備して構成されている。
As shown in FIG. 1, the measurement container 1 includes a substantially
容器本体2は、ステンレスの精密円筒形のパイプで構成されている。また上部蓋体4はキャップナットで構成され、その上部蓋体4には、図1に示すようにガス抜き孔8が穿設されている。さらに底部蓋体6は、袋ナット6aを具備して構成され、該袋ナット6aと容器本体2の外周面間には、介装体9が介装され、その介装体9と袋ナット6aの底部間には、メッシュ10が介装されている。さらに、袋ナット6aの底部には孔11が穿設され、該孔11からメッシュ10を介して容器本体2内に流体が流入しうるように構成されている。
The
ピストン7は、ロッド部7aと、該ロッド部7aの下端部に取り付けられたピストン部7bとで構成され、該ロッド部7aの上端部には、図1に示すようにネオジウム磁石12が取り付けられている。なお、ピストン7と上部蓋体4との間のクリアランス、ガス抜き孔8、ピストン部7bと測定容器1とのクリアランス、メッシュ10の各隙間を介して二酸化炭素が流通できるため、測定容器1内の全ての空間部に二酸化炭素が充満できるような構造となっている。
The
測定容器1は、上述のように高圧容器13内に収納されており、該高圧容器13は、有底筒状の容器本体14と、該容器本体14の上部の開口部15を閉鎖する蓋体16とで構成されている。蓋体16には、ピストン7を内包可能なドーム体18が取り付けられ、容器本体14のフランジ部17と蓋体16とを対面させ、ボルトで接合することによって容器本体14の上部の開口部15が閉鎖されている。
The measurement container 1 is housed in the high-
ドーム体18内の空間部は、図1に示すように、ピストン7が昇降しうるように比較的長く形成されている。そして、ドーム体18の側面部の一側には、目盛りの付された透明な細長いケーシング19が設置されており、該ケーシング19内には、前記ピストン7のロッド部7aの上端部に取り付けられたネオジウム磁石12の移動に伴って転動しながら移動しうるように、ネオジウム磁石のフロート20が収納されている。
As shown in FIG. 1, the space in the
さらに、高圧容器13の底部と、測定容器1の底部蓋体6の底部との間には、図1に示すように、架台21が介装されている。このような架台21が介装されることによって、測定容器1の底部と高圧容器13の底部間に空間部が形成され、その空間部が流体の流通経路となって上述のように孔11から測定容器1の容器本体2内に流体が流入しうるのである。
Furthermore, a
このような構成からなる固体有機高分子材料の体積膨張率の測定装置22は、たとえば図2に示すような超臨界流体による固体有機高分子材料の体積膨張率測定システムに組み込んで使用される。すなわち、このような超臨界流体の流通システムでは、上記のような固体有機高分子材料の体積膨張率の測定装置22の他に、ボンベ23と、高圧ポンプ24と、圧力計25と、背圧弁26とを具備している。
The volume expansion
ボンベ23は、超臨界流体又は亜臨界流体を形成する流体を貯留するためのボンベであり、流体としては、たとえば二酸化炭素が用いられる。高圧ポンプ24は、前記ボンベ23内の流体を前記体積膨張率の測定装置22へ供給するためのポンプであり、その高圧ポンプ24の圧力が前記圧力計25で測定される。背圧弁26は、所定の圧力で開閉させることができ、操作圧力を所定値に一定に保つためのものである。さらに、背圧弁26を完全に開いて減圧することにって、測定装置22から超臨界流体が減圧分離されることとなる。
The
次に、上記のような超臨界流体による固体有機高分子材料の体積膨張率測定システムに組み込まれた測定装置22によって、固体有機高分子材料の体積膨張率を測定する方法の実施形態について説明する。
Next, an embodiment of a method for measuring the volume expansion coefficient of a solid organic polymer material by the measuring
先ず、測定の対象となる固体有機高分子材料からなる汎用プラスチックの固体試料27と、流動媒体としての多数の粒状の球状体28の集合物とを、図1に示すように測定容器1内に収容する。この場合、固体試料27の周囲全体に多数の球状体28の集合物が密着して接触するように、固体試料27を配置して測定容器1内に集合物を充填する。本実施形態では、固体試料27として合成樹脂製のものを用い、球状体28としてガラスビーズを用いている。
First, a general-purpose plastic
次に、ボンベ23から二酸化炭素を高圧容器13に供給し、高圧容器13内の残存空気をパージした後、高圧ポンプ24を用いて二酸化炭素を高圧容器13に供給するとともに、温度と圧力を調整する。温度は、温度コントローラー(図示せず)によって制御し、圧力は、高圧ポンプ24によって制御する。
Next, after supplying carbon dioxide from the
温度と圧力は、使用する高圧流体が、亜臨界流体、もしくは超臨界流体になる条件であれば良い。本実施形態では高圧流体として二酸化炭素(臨界温度31.1℃、臨界圧力7.38MPa)を利用するため、温度範囲は25℃から200℃、圧力は6MPaから50MPaが好ましい。 The temperature and pressure may be any conditions as long as the high-pressure fluid to be used becomes a subcritical fluid or a supercritical fluid. In the present embodiment, carbon dioxide (critical temperature: 31.1 ° C., critical pressure: 7.38 MPa) is used as the high-pressure fluid. Therefore, the temperature range is preferably 25 ° C. to 200 ° C., and the pressure is preferably 6 MPa to 50 MPa.
所定の温度と圧力の条件に到達した後、高圧ポンプ24を停止する。二酸化炭素の超臨界流体は、上記のように高圧容器13内に流入するが、高圧容器13内に流入した超臨界二酸化炭素は、さらに測定容器1の底部の孔11からメッシュ10を介して測定容器1内に流入する。そして、測定容器1内に流入した超臨界二酸化炭素が集合物を形成する多数の各球状体28間の隙間を介して固体試料27に接触すると、固体試料27の内部に二酸化炭素が浸透する。そのため、固体試料27は膨潤し、体積が増加する。
After reaching the predetermined temperature and pressure conditions, the high-
このように固体試料27が膨潤して体積が増加すると、その固体試料27の体積の増加に伴って、多数の球状体28が流動し、その結果、図3に示すように多数の球状体28の集合物がピストン7の下部のピストン部7bを固体試料27の体積膨張分のみ押し上げ、それによってピストン7が上昇する。ピストン7が上昇すると、該ピストン7のロッド部7aの上端部に取り付けられたネオジウム磁石12が上方に移動し、それに伴って、均一に目盛りを付した透明ガラス製のケーシング19内に収納されたフロート20上方に移動する。
When the
そして、超臨界二酸化炭素が測定容器1内に流入する前の、枠体19内のフロート20の位置を予め検知しておき、超臨界二酸化炭素が測定容器1内に流入した後のピストン7の移動量、ひいてはロッド部7aの上端部に取り付けられたネオジウム磁石12の移動に伴うフロート20の移動量を読みとる。そして、あらかじめ測定容器1の筒体の内径が分かっているため、該移動量と測定容器1の内径との積を計算することによって、膨潤して増加した固体試料27の体積を計算することができる。さらに、処理前にあらかじめ測定しておいた固体試料27の初期状態の体積の値から体積膨張率を計算できるのである。
Then, the position of the
以上のように、本実施形態では、測定対象である固体試料27と、流動媒体としての多数の球状体28からなる集合物とを測定容器1内に収容し、超臨界二酸化炭素を測定容器1内に流入させることによって該超臨界二酸化炭素が浸透して膨潤する固体試料27の体積の増加を上記のようなネオジウム磁石によるピストンの移動量の検知によって測定することができる。
As described above, in the present embodiment, the
この場合において、ステンレス製の高圧容器13は、密閉性のもので外部から高圧容器13内を透視することができないものであるので、ピストン7の上昇距離を外部から直接検知することはできないが、そのピストン7のロッド部7aの上端部にはネオジウム磁石12が取り付けられているとともに、高圧容器13の外側面に透明の枠体19が設置され、その枠体19内にネオジウム磁石のフロート20が前記ネオジウム磁石12に伴って移動しうるように収納されているので、高圧容器13の内部を直接可視化できなくとも膨潤した固体試料27の体積膨張率を容易に測定することができるのである。
In this case, the high-
(実施形態2)
本実施形態は、固体有機高分子材料の体積膨張率の測定装置の他の実施形態である。図4は、その固体有機高分子材料の体積膨張率の測定装置の概略断面図、図5は図4のA−A線断面図である。本実施形態の体積膨張率の測定装置は、同図に示すように、高圧容器自体で測定容器1が構成されており、この点で、測定容器1と高圧容器13とが別々に形成され、高圧容器13内に測定容器1が収納されていた上記実施形態1の場合と相違する。
(Embodiment 2)
This embodiment is another embodiment of the measuring device for the volume expansion coefficient of the solid organic polymer material. FIG. 4 is a schematic cross-sectional view of the volume expansion coefficient measuring device of the solid organic polymer material, and FIG. 5 is a cross-sectional view taken along the line AA of FIG. As shown in the figure, the measuring apparatus 1 of the volume expansion coefficient of the present embodiment is configured by the high-pressure container itself, and in this respect, the measuring container 1 and the high-
測定容器1は、実施形態1と同様にステンレス製のものであり、300系ステンレスと呼ばれる磁性体でないステンレス、具体的にSUS316を用いている。測定容器1は、図4に示すように、有底円筒状の容器本体2と、該容器本体2の上部の開口部3を閉鎖する蓋体4とで構成されている。さらに蓋体4は、フランジ部29と、ピストン7が内包可能となるようにフランジ部29から立設されたドーム部30とで構成されている。ドーム部30内の空間部は、図4に示すように、ピストン7が昇降しうるように比較的長く形成されている。さらに図示はしないが、蓋体4の頭頂部には、流体が流出しうるように構成されている。
The measurement container 1 is made of stainless steel as in the first embodiment, and uses a non-magnetic stainless steel called 300 series stainless steel, specifically SUS316. As shown in FIG. 4, the measurement container 1 includes a bottomed
また、容器本体2内には、ピストン7が昇降自在に設けられている。ピストン7は、ロッド部7aと、該ロッド部7aの下端部に取り付けられたピストン部7bとで構成され、該ロッド部7aの上端部には、図4に示すようにネオジウム磁石12が取り付けられている。そして、ピストン部7bは、公称目開き径が約100μmのステンレス製の焼結材で構成されている。
A
ドーム部30の側面部の一側には、図4及び図5に示すように目盛りの付されたケーシング19が設置されており、該枠体19内には、前記ピストン7のロッド部7aの上端部に取り付けられたネオジウム磁石12の移動に伴って転動しながら移動しうるように、ネオジウム磁石のフロート20が収納されている。さらに図示はしないが、容器本体2の底部は、流体が流入しうるように構成されている。
As shown in FIGS. 4 and 5, a scaled
本実施形態の固体有機高分子材料の体積膨張率の測定装置22も、上記実施形態1の測定装置22と同様に、図2に示すような超臨界流体による固体の体積膨張率測定システムに組み込んで使用される。その超臨界流体による固体の体積膨張率測定システムの構成は、実施形態1と同じであるため、その詳細な説明は省略する。
Similarly to the
測定の対象となる固体試料27や、流動媒体としての集合体28を測定容器1内に収容する点も実施形態1と同様である。この場合、固体試料27の周囲全体に多数の球状体28からなる集合物が密着して接触するように、固体試料27を配置して測定容器1内に集合物を充填していること、固体試料27として固体有機高分子材料から構成される汎用プラスチックを用い、球状体28としてガラスビーズを用いている点も実施形態1と同様である。
The point that the
本実施形態においても、超臨界二酸化炭素が容器本体2の底部の流入部を介して測定容器1内に流入すると、流入した超臨界二酸化炭素が集合物を形成する各球状体28間の隙間を介して固体試料27に接触し、固体試料27の内部に二酸化炭素が浸透し、固体試料27は膨潤し、図6に示すように体積が増加する。このような固体試料27の膨潤による体積増加に伴って、多数の球状体28からなる集合物が流動し、集合物がピストン7の下部のピストン部7bを固体試料27の体積膨張分のみ押し上げ、それによってピストン7が上昇する点も実施形態1と同様である。
Also in this embodiment, when supercritical carbon dioxide flows into the measurement container 1 via the inflow portion at the bottom of the
ただし、本実施形態では、上記実施形態1のように測定容器1と高圧容器13とが別々に設けられて、高圧容器13内に測定容器1が収納されているのではなく、測定容器1自体が高圧容器と兼用して構成されているので、測定容器1から超臨界二酸化炭素が排出されるように構成されなければならない。そのために、ピストン部7bがメッシュで構成されている。ピストン部7bがステンレス製の焼結材で構成されることで、測定容器1の底部から流入した超臨界二酸化炭素は、ピストン部7bを介して測定容器1の上部へ流通し、蓋体4の頭頂部の流出部を介して外部に排出されるのである。さらに、該焼結材の目開きが球状体28の直径よりもはるかに小さく、球状体28が不用意に該焼結材の隙間を移動および閉塞することがないのである。なお、測定容器1とピストン部7bとの間のクリアランスのみからでも超臨界二酸化炭は上部へ流通できるが、該焼結材にすることによってより好適な流通が可能となるのである。
However, in the present embodiment, the measurement container 1 and the high-
またピストン7の上昇により、図6に示すようにロッド部7aの上端部に取り付けられたネオジウム磁石12が上方に移動し、それに伴って、均一に目盛りを付した透明ガラス製のケーシング19内に収納されたフロート20上方に移動する点も実施形態1と同様である。
Further, as the
そして、超臨界二酸化炭素が測定容器1内に流入する前の、ケーシング19内のフロート20の位置を予め検知しておき、超臨界二酸化炭素が測定容器1内に流入した後のピストン7の移動量、ひいてはロッド部7aの上端部に取り付けられたネオジウム磁石12の移動に伴うフロート20の移動量を読みとる。そして、あらかじめ測定容器1の筒体の内径が分かっているため、該移動量と測定容器1の内径との積を計算することによって、膨潤して増加した固体試料27の体積を計算することができる。さらに、処理前にあらかじめ測定しておいた固体試料27の初期状態の体積の値から体積膨張率を計算できる点も実施形態1と同様である。
Then, the position of the
本実施形態においても、測定対象である固体試料27と、流動媒体としての集合体28とを測定容器1内に収容し、超臨界二酸化炭素を測定容器1内に流入させることによって該超臨界二酸化炭素が浸透して膨潤する固体試料27の体積の増加を上記のようなネオジウム磁石によるピストンの移動量の検知によって測定することができる。
Also in the present embodiment, the
そして、測定容器1が、密閉性のもので外部から高圧容器13内を透視することができないものであるにもかかわらず、ピストン7のロッド部7aの上端部にはネオジウム磁石12が取り付けられているとともに、高圧容器13の外側面に透明のケーシング19が設置され、そのケーシング19内にネオジウム磁石のフロート20が前記ネオジウム磁石12に伴って移動しうるように収納されているので、膨潤した固体試料27の体積膨張率を容易に測定することができる点も実施形態1と同様である。
The
(実施形態3)
本実施形態は、固体有機高分子材料の体積膨張率の測定装置のさらに他の実施形態である。図6は、その固体有機高分子材料の体積膨張率の測定装置の概略断面図である。本実施形態の体積膨張率の測定装置は、実施形態1の測定容器1と同じ構成からなり、また、その測定容器1のみで測定装置が構成され、実施形態1のような高圧容器は用いられていない。
(Embodiment 3)
This embodiment is still another embodiment of the measuring device for the volume expansion coefficient of the solid organic polymer material. FIG. 6 is a schematic cross-sectional view of an apparatus for measuring the volume expansion coefficient of the solid organic polymer material. The volume expansion coefficient measuring apparatus of the present embodiment has the same configuration as that of the measuring container 1 of the first embodiment, and the measuring apparatus is configured only by the measuring container 1, and a high-pressure container like that of the first embodiment is used. Not.
すなわち、本実施形態では、流体として実施形態1のような超臨界流体が用いられるのではなく、オイル等のような液体が用いられる。そして、本実施形態では、測定対象物として、パッキンやO−リング等として用いられる合成ゴム製のものが用いられる。 That is, in this embodiment, a liquid such as oil is used as the fluid instead of the supercritical fluid as in Embodiment 1. And in this embodiment, the thing made from synthetic rubber used as packing, an O-ring, etc. is used as a measuring object.
また、本実施形態では、図7に示すように、オイル等の液体を収容するための恒温槽31内に、上記測定容器1が設置される。
Moreover, in this embodiment, as shown in FIG. 7, the said measurement container 1 is installed in the
測定容器1の構成は、上述のように実施形態1と同様であり、図7に示すように、精密円筒状の容器本体2と、該容器本体2の上部の開口部3を閉鎖する上部蓋体4と、該容器本体2の底部の開口部5を閉鎖する底部蓋体6と、該容器本体2内で昇降自在に設けられたピストン7とを具備して構成されている。
The configuration of the measurement container 1 is the same as that of the first embodiment as described above. As shown in FIG. 7, the precision
上部蓋体4がキャップナットで構成され、底部蓋体6が袋ナット6aを具備して構成され、該袋ナット6aと容器本体2の外周面間に介装体9が介装され、その介装体9と袋ナット6aの底部間にメッシュ10が介装され、袋ナット6aの底部に孔11が穿設されている点等は実施形態1と共通する。
The
またピストン7がロッド部7aとピストン部7bとで構成されている点は実施形態1と共通するが、本実施形態1では、ロッド部7aに目盛りが付されており、その目盛りによって、流体の容器本体2内への流入によりピストン7が上昇した寸法を検知しうるように構成されている。従って、本実施形態では、実施形態1、2のようなネオジウム磁石12がロッド部7aに取り付けられておらず、その点で実施形態1と相違する。
The point that the
本実施形態では、図6に示すように恒温槽31内にオイル32が収容され、測定装置22を構成している測定容器1が、前記恒温槽31内に収容されてオイル32に浸漬された状態とされている。
In this embodiment, as shown in FIG. 6,
恒温槽31内のオイル32は、測定容器1の底部の孔11からメッシュ10を介して測定容器1内に流入する。そして、測定容器1内に流入したオイル32が、多数の球状体28からなる集合物を形成する各球状体28間の隙間を介して合成ゴム製の固体試料27に接触すると、固体試料27にオイル32が浸透する。そのため、合成ゴム製の固体試料27は膨潤し、体積が増加する。
The
このように固体試料27が膨潤して体積が増加すると、その固体試料27の体積の増加に伴って、多数の球状体28からなる集合物が流動し、その結果、図8に示すように集合物がピストン7の下部のピストン部7bを固体試料27の体積膨張分のみ押し上げ、それによってピストン7が上昇する。なお、オイル32は、測定容器1とピストン部7bとの間のクリアランスから上部へ流通するとともに、ピストン部7bの上部の空間に存在する空気は、ピストン7と上部蓋体4との間のクリアランスとガス抜き孔8から大気中に放出される。その結果、恒温槽31内に収容されたオイル32の界面と同じ高さとなる。また、前記実施形態2で用いた焼結体をピストン部7bに適用することによって、オイルなどの粘度の高い流体の場合により好適に測定容器1内に充満させることが可能となる。
When the
そして、オイル32が測定容器1内に流入する前の、上部蓋体4の近傍におけるピストン7のロッド部7aの目盛りの位置を予め検知しておき、オイル32が測定容器1内に流入した後のピストン7の移動量を読みとる。そして、あらかじめ測定容器1の筒体の内径が分かっているため、該移動量と測定容器1の内径との積を計算することによって、膨潤して増加した固体試料27の体積を計算することができる。さらに、処理前にあらかじめ測定しておいた固体試料27の初期状態の体積の値から体積膨張率を計算できるのである。
Then, after the
このように、本実施形態においても、測定対象である固体試料27と、流動媒体としての多数の球状体28からなる集合物とを測定容器1内に収容し、オイル32を測定容器1内に流入させることによって該オイル32が浸透して膨潤する固体試料27の体積の増加を上記のようなピストンの移動量の検知によって測定することができる。
As described above, also in this embodiment, the
この場合において、ステンレス製の測定容器1は、密閉性のもので外部から透視することができないものであるため、ピストン7の上昇距離を外部から直接検知することはできないが、そのピストン7のロッド部7aには目盛りが付されているので、その目盛りの位置を読み取ることで、測定容器1の内部を直接可視化できなくとも膨潤した固体試料27の体積膨張率を容易に測定することができるのである。
In this case, since the stainless steel measurement container 1 is hermetically sealed and cannot be seen through from the outside, the rising distance of the
以下、本発明の実施例について説明する。 Examples of the present invention will be described below.
(実施例)
本実施例では、上記実施形態1に関する装置を用いた。主要な部品として測定容器本体は、外径1インチ、内径19.4mm、高さ175mmのSUS316製短管を用いた。球状体としては、アズワン株式会社製のBZ−2型の外径2.0mmのガラスビーズを用いた。フロートとして直径1mmの球状ネオジム磁石を用いた。高圧容器としては、OMラボテック社製マイクロリアクターMMJ−500圧力容器を用いた。
(Example)
In this example, the apparatus related to the first embodiment was used. As a main part, a SUS316 short tube having an outer diameter of 1 inch, an inner diameter of 19.4 mm, and a height of 175 mm was used as the main body of the measurement container. As the spherical body, BZ-2 type glass beads having an outer diameter of 2.0 mm manufactured by As One Co., Ltd. were used. A spherical neodymium magnet having a diameter of 1 mm was used as the float. As a high-pressure vessel, a microreactor MMJ-500 pressure vessel manufactured by OM Labotech was used.
本装置を用いて、固体試料としてイソプレンゴムを仕込み、温度50℃、圧力20MPa、処理時間4hの条件で二酸化炭素を流通させ、イソプレンゴムに二酸化炭素を接触させた。実験の結果、フロートの上昇を検出でき、イソプレンゴムの体積膨張を測定することができた。 Using this apparatus, isoprene rubber was charged as a solid sample, carbon dioxide was circulated under conditions of a temperature of 50 ° C., a pressure of 20 MPa, and a treatment time of 4 hours, and carbon dioxide was brought into contact with the isoprene rubber. As a result of the experiment, it was possible to detect the rise of the float and measure the volume expansion of isoprene rubber.
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