Способ определения проницаемости полимерной мембраны

,БО,45083 ЗЮ б 01 Ь 15/О 8 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 3(56) Рейтлингер С,А. Проницаемостьполимерных материалов. М., "Химия,1974, с. 250,2, Виноградская Е,Л, и др, Прибордля определения паропроницаемости полимерных пленок. - "Пластическиемассы", 1977, % 4, с. 73-74.3, Теплякова В,В, и др. Определенипроницаемости попимерных мембран. "Пластические массы, .1978, М 5,с, 49-51 (прототип).(54) (57) СПОСОБ ОПРЕОЕЛЕНИЯ ПРОНИНА ЕМОСТИ ПОЛИМЕРНОЙМЕМБРАНЫ, заключающийся в анализе газа-носителя на содержание пенетранта, прошедшего через мембрану в кмичестве, и анализе компенсационного газа- носителя, о т л и ч а ю ш и й с я тем, чтс с целью повышения точности определения, дополнительно анализируют газноситель на содержание пенетранта, прошедшего через мембрану, и анализируют компенсационный газ-носитель при усло вин,что в поток компенсационного гаэа-но сителя непрерывно вводят стабильное во времени количество ЭО вещества,идентичного пенетранту по детектируемым свойствам,щЗО 1 ОЮОИзобретение относится к контрольноизмерительной технике и может найти применение в химической, строительной, текстильной и других отреслях промышленности при исследовании проницаемости полимерных мембран, в также при испытаниях упаковочных пленок дпя пищевых продуктов, электроизодяционныХ пленок, селективных мембран и других иэделий. 10Наиболее перспективными среди концентрационных методов определения Проницаемости полимерных пленок являются газохроматографические методы, которые позволяют проводить анализ в 5 изостатическом режиме, т,е, при условии сохранения равенства абсолютных давлений газов (или паров) по обе стороны пленки, что исключает деформацию пленки во время испытаний, Преимущество га зохроматографических методов состои т в том, что испытания проницаемости пленки можно проводить одновременно несколькими газами с последующим их разделением нв хромвтографической колонке. 25 Известен способ определения проницаемости газовых смесей .и паров через полимерные пленки, основанный на пропускании гаэа-пенетранта над одной иэ сторон пленки, .заключенной в диффузионную ячейку, выделении части пенетранта с другой стороны пленки в поток газв-носителя и транспортировании полученной смеси в аналитическую сис 35 тему, В одном иэ вариантов способа смесь пенетранта с гаэом-носителем годают непосредственно в детектор тепдопроводности, выходной .сигнал которого регистрируют в виде интегральной кривой, 40 показывающей динамику подхода проницаемости к устойчивому состоянию, 11 ругой вариант предусматривает испопьзование в качестве пенетранта смеси различных газов, которые после прохождения через пленку подвергают газохроматографическому анализу. Для компенсации изменений скорости газа-носитедя, влияющих на выходной сигнал детектора, перед подачей в диффузионную ячейку поток газа-носите 50 ля пропускают через сравнительную ячейкудетектора Г 13Однако, при использовании указанного способа изменение скорости потока газа- носителя приводит к изменению в нем концентрации пенетрантв, что отрицательно сказывается на точности анализа.Известен также способ хромвтографического определения газопроницвемости ВЭ 2пленок, заключающийся в том, что анализируемый гвэ (пенетрант) подают вверхнюю камеру диффузионной ячейкис испытуемой пленкой, В нижнюю камеруподают газ-носитель, например, гелий,В зависимости от проницаемости пленкивеличину потока газа-носителя устанавливают в пределах 1-50 см (мин, Гаэ 3/носитедь вымывает иэ нижней камерыпенетрант, продиффундировввший черезпленку из верхней камеры. Смесь гаэаиоситедя с пенетрантом проходит черезмерный объем и попадает на измерительрасхода. После установления постояннойконцентрации пенетранта в нижней камерегаз-носитель выталкивает анализируемуюсмесь в разделительную колонку хроматографа и далее в детектор, Подключиввыход верхней камеры к хроматографу,аналогичным образом находят содержанке в ней пенетрантв, По значениям концентрации пенетранта в верхней и нижнейкамерах диффузионной ячейки судят о проницаемости пленки Г 2Недостатком данного способа являетсянеобходимость точного поддержания расхода газа-носителя, так как анализ содержания пенетранта в верхней и нижней камерах проводят в разное время.Кроме того, способ неприменим дпя испытания пленок, обладающих малой проницвемостью, иэ-за существенного различия (на несколько порядков ) концент-раций пенетранта в верхней и нижнейкамерах диффузионной ячейки,Наиболее близким к предлагаемомупо технической сущности является способ определения проницаемости полимерной мембраны, заключающийся в анализе газа-носителя .на содержание пенетранта, прошедшего через мембрану вколичестве Э, и анализе компенсационного газа-носителя.При осуществлении способа используют систему из двух диффузионных ячеек(рабочей и компенсационной), содержащих идентичные образцы испытуемойпленки, и двух хроматографов. При испытании пленки по дифференциальному методу пробу пенетранта вводят в одну изкамер, рабочей диффузионной ячейки. Частьпенетранта, прошедшего через пленку вдругую камеру, отбирают потоком газаносителя и подают на хромвтографический анализ. Дополнительно гаэ-носительподают в компенсационную диффузионнуюячейку для уменьшения влияния изменений скорости потока гвза-носителя врабочей ячейке на выходной сигнал вна83 4для этого гаэ-носитель) с помощью регуляторов 5 и 6, дросселей 7, манометра 10 и расходомера 11, При этом добиваются равенства значений соответствующих параметров во всех. каналах, Послепромывки газом-носителем всех полостейи коммуникаций производят испытанияобразца при отключенном стабильном источнике потока вещества, идентичногопенетрвнту, При этом с помощью анализатора 9 фиксируют значение сигналапропорционального величине потока ( Э )пенетрвнта, проникающего через образецпри заданных расходах газа-носителя итемпературе термостатирования. Та-ким образом, имея приближенные данныео значении потока, с помацью градуировочной характеристики устанавливают по -ток стабильного источника Э Л.В момент времени Т, в верхнюю квмеру диффузионной ячейки 1 подаютпенетрант, представляющий собой смесьинертного газа с анализируемым одноили многокомпонентным веществом известной концентрации. Часть пенетранта,прошедшего через мембрану 2 в нижнююкамеру, переносится потоком газа-носителя в анализатор 9,Для анализа однокомпонентноговещества может быть. использован,например, детектор теплопроводности,в измерительную ячейку которого подают смесь пенетранта с газом-носителемиз нижней камеры диффузионной ячейки 1,а в сравнительную - компенсационныйпоток газа-носителя, содержащий вещество, выделяемое стабильным источником, В этом случае изменение концентрации пенетранта в нижней камередиффузионной ячейки регистрируют ввиде кривой, показанной на фиг, 2 сплошной линией,При этом, концентрацию пенетрантав любой момент времени определяют квкС - С - С( ь О, ."1 )Используя уравнения фика для диффузионных процессов, по найденным экспериментальным данным определяют коэффициенты диффузии ( Ю ), проницаемости(Р) и растворимости (Й ).для определения характеристик селек.тйвной проницаемости мембраны в качестве пенетрвнта используют многокомпонентные смеси, подаваемые как и впервом случае, в диффузионную ячейкуи в компенсационный поток Раза-носителя, В этом случае пробы газа, отбираемые с выхода диффузионной ячейки иостабильного источника, анализируют односителя,Поставленная цель достигается тем,что согласно способу определения проницаемости полимерной мембраны, заклю.1 чаюшемуся в анализе газа-носитепя насодержание пенетранта, прошедшего черезмембрану в количестве Э и анализе компенсационного газа-носителя, дополнительно анализируют газ-носитель на содержание пене транта, прошедшего черезмембрану, и анализируют компенсацион,ный гвэ-носитель при условии, что впоток компенсационного газа-носителянепрерывно вводят стабильное во времени количество Э 1 вещества, идентичного пенетранту по детектируемымсвойствам,На фиг, 1 показана схема установкидля осуществления предлагаемого .способа; на фиг, 2 - дифференциальныекривые проницаемости мембраны для40однокомпонентного газа или пара,Установка содержит диффузионнуюячейку 1 с испытуемым образцом мембраны (пленки) 2 и стабильный источник 3 вещества, идентичного пенетранту, установленные в общем термостате,4, регулятор 5 давления пенетранта,регулятор 6 давления газа-носителя,регулируемые дроссели 7, вентиль 8 ианализатор 9. Для измерения давленийи скоростей газовых потоков в установ 50ке предусмотрены соответственно манометр 10 и пленочный расходомер 1120 45 Перед началом испытаний устанавл 1+ вают определенную температуру в термо стате 4 и после ее стабилизации производят установку требуемых давлений и скоростей газовых потоков (используя 3 10450 лизатора, Стабилизацию потоков газа- носителя сбеспечивают с помощью регулятора давления и вентилей тонкой регулировки 3 1 .Однако при использовании известного способа, не устраняется влияние изменения скорости газа-носителя на содержаниепродиффундировавшего в него пенетранта, Вследствие этого погрешность стабилизации скорости (рвсхода) газа-носителя полностью входит в суммарную погрешность анализа проницаемости и обычно на ходится в пределах 3-5% при копебаниях давления и температуры в нормируемых диапазонах.15Бель изобретения - повышение точности определения проницаемости мембраны путем уменьшения погрешности анализа, вызванной нестабильностью потока газа1045083 Э За 6 62 Ь 162 50 новременно двумя хроматогрвфами, Хроматогрвфические пики, полученные в результате анализа пробы иэ компенсационного потока, определяют масштаб приизмерении соответствующих компонентов 5пробы с выхода диффузионной ячейки,т.е, концентрацию отдельного компонентав каждом цикле анализа определяют извыражения10С =1=1,.,п),01/где, С С - концентрация 1 го компонент 1 01та соответственно на выходе диффузионной ячейки и вкомпенсационном потокеМ М - параметр пика 1 -го ком 1 01понента соответственно навыходе диффузионной ячейки,и в компенсационном потоке.Для многокомпонентных смесей с временами запаздывания значительно большими,чем время цикла анализа, многократнымотбором проб могут быть определены все 25указанные параметры проницаемости водном эксперименте.В качестве стабильного источникавешества, подаваемого в компенсационныйпоток газа-носителя может быть испопь 330эован диффузионный дозатор, представляющий собой ампулу иэ полимерного материала, заполненную анализируемым вешеством,Предлагаемый способ позволяет существенно снизить погрешность анализа, вызываемую нестабильностью скорости (расхода) газа-носителя,П р и м е р. Концентрация пенетранта в потоке газа-носителяЭ40где 3 - диффузионный поток пенетранта;С, - поток газа-носителя.Изменение потока газа-носителя вызывает соответственное изменение кон 15центрации в нем пенетранта гдеФ 5 - поток газа-носителя в раз 1 2личные моменты времени,Здесь величина йС характеризуетабсолютную погрешность анализа, вызванную нестабильностью потока газа-носителя, при определении параметровпроницаемости известным методом (пунктирная кривая на фиг,2),При определении параметров проницвь. емости по предлагаемому способу поГрешность анализа можно Выразить за . висим ос ть ю"оД-С =ДС-ДС 0= З З 0 С 02где - поток вешества из стао бильного источника; 6 ФС - компенсационный поток 01 02 газв-носителя. При условиях 5 С и С Ф С пос 1 01 2 02 леднее выражение принимает видАнализ приведенной зависимости подзывает, что при 3, -3 д"С-О, т,е, придостаточно близких значениях 3 и Э погрешность от нестабильности потокапри определении коэффициента диффузииможет быть уменьшена в два раза, апри определении коэффициента проницаемости - на порядок и более,Имеются и другие возможности получения предварительных данных об указанном параметре Э,При контроле пленочных материаловв условиях массового производства номинальные значения параметров проницаемости, как правило, известны.Поэтому задача контроля сводится куточнению этих параметров, Сведения опроницаемости конкретных материаловможно найти в информационно-справочной литературе, При отсутствии априорныхданныхнапример, о новых полимерныхматериалах проводят их предварительные испытания любым известным способом или в соответствии с предлагаемым способом.Таким образом, по сравнению с из-вестными предлагаемый способ позволяет проводить более точный анализ,не предъявляя жестких требований к точности поддержания параметров газовыхпотоков, что сушественно упрошает егоаппаратурную реализацию,Наличие вешества заданной концентрации в компенсационном потоке газа-носителя позволяет производить градуировку анализаторов в испытательной установке без подсоединения к ней каких-либо дополнительных устройств, причем проверка правильности измерений совмешается непосредственно с процессом анализа.Составитель О.АлексееваРедактор А.Огар Техред В.ДалекорейКорректор О,ВилакЗаказ 7540/43 Тираж 873Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская набд 4/5 Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4