Способ получения мембраны - датчика влажности
Использование: в приборах для определения содержания паров воды в газовых смесях Сущность изобретения формируют пленку поливом раствора смеси поливинилового спирта и полимерной добавки на стекло. Пленку сушат и отделяют от стекла Затем обрабатывают парами воды с относительной упругостью 50-93% и сушат или обрабатывают УФ-излучением с дозой
союз СОВетских социАдистических
РЕСПУВЛИК гОсудАРстВеннОе пАтентнОе
ВедОмстВО сссР (ГОспАтент сссР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4844878/05 (22) 29.06.90 (46) 23.12,92. Бюл. N 47 (71) Институт общей и неорганической химии АН БССР (72) Т,Г. Лазарева, P.Н. Свиридова, И.А, Петрович, И.Ф. Алимов и И.Н. Ермоленко (56) Патент США ¹ 4515653, кл. 156 — 543, опублик. 1985.
Голеницева С.А, и др. Проницаемость и сорбция паров воды пленками модифицированного поливинилового спирта. Диффузионные явления в полимерах;
Черноголовка, 1985, с. 28-29 — прототип, Изобретение относится к области мембранной технологии, в частности к мембранам, чувствительным к парам воды, и может быть использовано в качестве датчика влажности.
Известен способ получения мембраны на основе поливинилового спирта путемполива его водного раствора, сушки на воздухе и термообработки при температуре
150 — 250 С в течение 10 — 30 мин. Пленкамембрана используется в качестве датчика влажности, причем. контролем влажности служит либо изменение геометрических размеров пленки, либо изменение электрофизических саойс1в, в частности электропроводности.
Наиболее близ:им по технической сущности является спо:об получения мембраны на основе композиции поливинилового спирта и полимерной добавки, заключающийся в получении:меси растворов поливи,5U 1782977 А1 (я)5 С 08 J 7/02, 5/18, В 01 О 71/00, 6 01 M 25/56 (54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МЕМБРАНЫДАТЧИКА ВЛАЖНОСТИ (57) Использование: в приборах для определения содержания паров воды в газовых смесях. Сущность изобретения: формируют пленку поливом раствора смеси поливинилового спирта и пол1мерной добавки на стекло, Пленку сушат и отделяют от стекла, Затем обрабатывают парами воды с от1 осительной упругостью50 — 93% и сушат или обрабатывают УФ-излучением с дозой (0,72 — 2,6) 10 квант/см .. Изобретение позволяет увеличить относительное удлинение мембраны до 8,6 при сорбции пара с упругостью 52% или до 30,2 при сорбции парэ с упругостью 93 Я,. 9 табл. нилового спирта и добавки, формогании пленки путем полива и сушки.
В качестве добавки используется полиакриловая кислот а, Однако чувствительность датчик(в подобного типа недостаточна для вь вления, в частности, малых-упругостей вод ного пара.
Целью данного изобретения явл ется повышение чувствительности и мембраны на основе композиции поливинилового спирта и полик йс"ло ты к парам воды, Поставленная цель достигается тем, что в способе, заключающемся в получении смеси растворов полимеров; поливинилового спирта и полимерной добавки, формовании пленки путем полипа и сушки, мембрану дополнительно активи )уют водяным паром до равновесного влагосодержания при упругости пара 50-93;4 с последую цей десорбцией и сушкой над осушителем или активируют УФ-излучением с дозой (3,722,6) 102О квант/см2
1782977
Следуюгцие примеры иллюстрируют изобретение.
Пример ", Смешивают 0,3 мл 5% раствора карбоксиметил целл юлозы (КМ Ц)
ММ/СП 75/250 (степень полимеризации 5
230, содержание NaCI 0,84%) и 9,7 мл 5 ного раствора поливинилового спирта (ПВС, ГОСТ 10779- 78) марки 16/1.
Раствор наливают на стекло и сушат, Мембрану отделяют от стекла и досушива- 10 ют в эксикаторе, Пример ы 2 — 5 выполняются аналогично примеру 1, при атом смешивают 0.6, 0,7, 1,0 и 1,6 мл 5 / раствора КМЦ и соответственно 9,4; 9,3: 9,0 и 8,4 мл 5 /, раствора 15
ПВ С.
Чувствительность мембран к парам воды определяли по их относительному удлинению где Л I =- I1 - I. 11 u I — длина
h,I
I - 20 образца до и после сорбции паров воды, определяемая катетометром, Результаты испытаний приведены в табл.1.
Пример ы 6-10, Мембраны, полученные в примерах 1 — 5 (соответственно), обра- 25 батывали водяным паром с относительной упругостью 93 7ь до достижения насыщения, затем сушили и испытывали, как в примерах
1-5. Результаты приведены в табл.2.
Пример ы 11-14, Мембраны, получен- 30 ные в примерах 2-5, соответственно, испытывали при относительной. упругости пара
93, Результаты приведены в табл.3, Пример ы 15-18, Мембраны, полученные в примерах 7-10, соответственно, ис- 35 пытывали при относительной упругости пара 93 . Данные в табл.4.
Пример 19 -23. Мембрану получают как в примерах 1-5 при соотношении ком- 40 понентов КМЦ-7,4 4, ПВС-остальное. Мембрану обрабатывают водяным паром с упругостью 40, 50. 60, 937, и сушат, Определяют кинетику сорбции обработанных и необработанных мембран. Результаты 45 испытаний приведены в табл,5.
Пример ы 24-25. Получают мембраны как в примерах 1-5 при содержании КМЦ
27 (пример 24(и 16 (, (пример 25). Но мембраны подвергают действию УФ-излучения, 50 после чего испьп ывают. Результаты испытаний приведены в табл.б.
Пример 26. Смешивают 2 мл 5 / -ного раствора полиметакриловой кислоты (ПМК) и 8 ил 5%-ного раствора ПВС, поливают раствор на стеклянную подложку, сушат.
Обрабатывают УФ-излучением с дозой
3,6 10 — 3,6 10г квант/смг, Результаты
19 испытаний по сорбции паров воды представлены в табл.6;
Пример ы 27-28. Получают мембраны поливом смешанного раствора ПВС и кремневольфрамовой кислоты (КВК) ТУ 6-093942-75, соотношение КВК:ПВС 25:75 (по массе, пример 27) или 40:60 (пример 28), Мембраны обрабатывают водяным паром с упругостью 93% и высушивают. Свойства обработанных и необработанных мембран приведены в таблицах 7,8.
Пример 29 (сравнительный), Смешивают 2 мл 5 раствора полиметакриловой кислоты (ПМК) и 8 мл 5% раствора ПВС, наливают раствор на стеклянную подложку, сушат и отделяют от стекла. Результаты испытаний по сорбции водяного пара приведены в табл.9.
Пример 30, Мембрану, полученную в примере 29, обрзбатывают водяным гаром с упругостью 93 / и сушат. Результаты испытаний по сорбции г аров воды приведены в табл, 9, Пример 26, Мембрану, полученную в примере 29, обрабатывают УФ-излучением с дозой 3,6 10 — 3,6 10 квант/см . Результаты испытаний по сорбции паров воды приведены в табл. 6.
Формула изобретения
Способ получения мембраны-датчика влажности полиэом смеси водных растворов поливинилового спирта и полимерной добавки на подложку, "ушкой и отделением полученной пленки подложки, о т л и а юшийся тем, что, с целью повыц.ения чувствительности мембраны к парам зады, пленку дополнительно обрабатывают водяным паром при его огносительной упругости 50 — 93% до достижения равновесного влагопоглощения, после чего сушат или обрабатывают УФ-излу ением с дозой (0.722 6) 10ãî квант/c г
1782977
Таблица1, Кинетика сорбции паров воды пленочными образцами на основе поливинилового спирта и водорастворимой карбоксиметилцеллюлозы при относйтельной упругости водяного пара 523, оцениваемая на величине (1 относительного удлинения . Al
«« « > « ° «««««««>
» «» «««««««
««
8реия сорбции, ч
Содержа" ние КИЦ, мас.Ж
У примера
0 25 1 5 3 4 4 2 6 2 23 0 25
0,14 - 0,09 0,3 0,6 -0,6 0,5
0 09 0 4 0 75 0 5 0 75 .0 98 l 07
009 07 27 33 35 40 40
2,4 2, 4 2,5 2,4
56 57 58 58
«« ° « ° »» «ь>ф»»«««»«е«««««««»««««««й«««««« ° »«««« - :.:-,. Т а б Ji и ц а 2
Кйнетика сорбций паров воды пленочными образцами на основе"поливинилового спирта и водорастворимой карбоксиметилцеллюлозы при отйосительной упругости водяного пара 523 после иих ак тивации водяным паром при Р/Ро 933, оцениваемая по величине относительного удлинения
««««««««««««>\ ° >>
У при- Содержамас.Ф 1,7 3,4 4,7 21 5 23 26 27 46
8ремя сорбции, ч
6 3;0
7 6,0
8, 7,0
9 10,0
10 16,0
««» «« «
Таблица 3
Кииетииа сорбции паров Моди пде>циица>и обраэцаии иа осиоее полиеийилЬаого спирта и еодорастаори>юй иарбоисииетилцеллопоаи при отиоситель>юй упрутости аодлнр>-о . пара 938
>т. Содериаи« «
Вреил сорбции, и
1 2 ° 5 4 5 21 22
» >3 (4S J 47
3.3
10,8
6,0
7,о
1О,О
16,0
8,5 8,9 го 6 - - 10,8
99 9.7
10 7 11,2. 12
16 16
8,9
6,8
8,8
10,2 10,2
14.5
7.5 7>7
10 10,4
13
1
3
3,0
6,0
7,0
10,0
16,0
7,о
3,5 5.4
5,6
7,7
0>05 0>05 2
0,4 125 287 45 1,1 3,0 .,5,1 6,9
07 -:. 54
06 » «68.
2 2 2 2
4,4 4,4 - 4,4
7,1 - 7,4 7,2
6,7 7ео
7,4 7,5 8,6
1..*ф .!..*
Э>3 9,2
10,7
15,3 -,15,3
t782î77 таблица4
Время сорбции, ч
>,>>1». ) 1.> ) г прн- Содернамэра нне Кнц, 2,> ) >,> (>,2 1 2> ) 2> (» (>> (» ) >>
19,1
18,7 15,7 17,1 18,5 16
23,3 28,7
17,8
0,3
14,2
6,0
7,0
10,0
16,0
l5
16
17
25,1
I9,6 21 23,6 24
25,2 - 29
0,8
14>9
16,7
30,2 30,2
22,4
Таблнца5
Влияние упругос™ водяного паРа прн активации мембраны.нв основе попив н спирта и каРбоксинетнлцеллюпоэы (содеРнание кнЦ - 7 ° 4 нас 8) на кинетику ней паров вод>> при Р/P 93ф
Время сорбцни, ч
0>29 1 2 3>5 4>5 21 22,5 23 5 27 28 45 47
Упругость пара при активации, 8
F npu мера
0 (без ак» тивацни)
8,9
9,0 .
12,9 17,4
17,7 20,6
25,4
9,6
9,6
6,8
7,0
11,4
16,2
3>5 5,4
5,4
8,9
16,7
1 23,1
9,2 9,7
9 4 9,5
17,8
20,7
3.5
0>5
11,6 20, 17,5 17,5
20,6 20,6
26,0 26,9
21
22
Т а б л и ц а б кинетика сорбции ларо воды при упругости пара 932 пленочными образцами на основе йоливинилового спйрта и карбоксиметилцег>л>аловы неактивированными, а также актиаированными УФ-излучением
Образец
Доза обл., Время квант/смз
2,5 5,0 е
О (не об>)у» 7,5 8,5 ченная)
3,6 !О 7,6 9,0 . 7,2 10 8>5 10>0.
1,4 10 9,5 10,5
2,6 10 10>5 12>0
3,6 10 6,5 7,5 сорбции, ч
М примера (20 (30
Ф °
9>5 9>5 . 10,0
24 ПВС+КМЦ (2 мас.е) 9,5
10,5
11,0
18,0
8,0
10>5
11,0
12,0
t4,5
8,0
9,5
11,0
11,5
14,0
8,0
8 (не облу" ченная)
3,6 10
7,2 10
1,4 10
2,6 10
3,6 10
О (не облученная)
3,6 1О
7,2 10 0
t,4 10
2,6 10
3,6 ID
7,8 10,0 14,0 15,0 15,0
25 ПВС+КМЦ (16 мас.2) 16,0
20>0
19,0
18,0
15,5
2,5
14,0 16,0
17,5 19,0
16,5 18,0
16,0 17,0
15,5 16,5
1,14 2,4
11, О .16,8
15,0
15,0
15,0
0,4
7>8
1.6,0
14,0
14,0
13 (}
0,4
26 . ПВС+ПН( (20 мас.е)
РIР 522
0,5
0,7
0,8
0,8
0,5
0,65
2,1
2,2
2,2
0,6 2,5
4,0
4,0
4,5
2,5
3,5
4,0
4,5
2,2
1,2
2,6
2,7
2,7
1,t
2,2 рб нн па а воды пленочными образцами на основе поливинилового спирта и водорастворимой карбонсинетилцелпюлээы при относительнои упругости водяного пара, ц
93 о ениваеиая по величине относительного удлинения, утлннення после их активации водяным парон при Р/Р 100 98ь н десорбции
1782977
Кинетнка сорб ии па ц ров воды пленочными компоэициями на основе полнТаблица7 винилового спирта и кремневольФрановой кислоты л и тм и водяного 93 ( ановои кислоты при относительной упвугост
Ь1
Время сорбции, ч :1 — — (1 2
8 8,6
1О 10,7 11,6 11,6
18,4 19,5 19,6 19,6
13,15 15
Таблица8
Кинетика сорбции паров воды пленочными компоэициями на основе поливинилового спирта и кремневоль|рамовой кислоты при относительной упругости водяного пара 932 после активации обраэцов водяным паром и сушки над осушитепем в течение 14 суток (- вЂ,1)
Время сорбции, ч
Состав мас.Ф
КВК
86 14 154 172 - 195 195
19 20,3 21,8 » 24,8 - 24,7 24,9
40 таблица9
Кинетнка сорбции паров воды пленочными композициями на основе поливинилового спирта и полиметакриловой кислоты при относительной упругости водяного пара 52ьо. Содервание полиметакриловой кислоты - 20 мас.Ъ поливиниловый спирт остальное
М при- Время сорбции, ч
1,54 ) 2 (3,5 () 4,5 (5,5 (21,5122,5 (24,5 (25,5i 16 (9,0 (29,Ь lч -(»51,5
0,4 0,66 1,05 1,14 2,4
2,4 2,5 - - 2,5
3 5 3,4 - 3,4 3,4 - 3,7 3,73;6
0,6
1,0- 2,1
Составитель А.Пахомов
Техред М.Моргентал Корректор З.Салко
Редактор М.Кузнецова
Заказ 4489 Тираж
ВНИИПИ Гос да ственного
Подписное осударственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР
113035, Москва, Ж-35, Раушская наб.. 4/5
Производственно-издательский комбинат "Патент" г, У, .Г ент, г, жгород, ул.Гагарина 101
29 (сравни» ,тель- ньй) Состав, мас ° 2
КВК
4 1 6
9,8 9,8
17,5 18,4
19,8
24,9
![Способ получения мембраны - датчика влажности](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/761/7619280-s.jpg)
![Способ получения мембраны - датчика влажности](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/761/7619281-s.jpg)
![Способ получения мембраны - датчика влажности](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/761/7619282-s.jpg)
![Способ получения мембраны - датчика влажности](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/761/7619283-s.jpg)
![Способ получения мембраны - датчика влажности](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/761/7619284-s.jpg)