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