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流变测量中的防挥发措施

流变测量中的防挥发措施

在流变测量中常常会遇到样品或样品中溶剂由于挥发而造成的测量问题,如锥平板中的干边现象,这个问题有时会造成测量数据出现错误的趋势,粘度升高、模量升高、假凝胶化等,如下图中黑色曲线在低频区的模量上升就是由于挥发造成的



那么有哪些方法可以避免或减少溶剂挥发造成的测量错误? 今天,我们总结一下可以采用的办法。


直接液封法



当测试水溶液、水凝胶、水悬浮液等以水作为溶剂的样品时,尤其是长时间测量或在温度比较高(100℃以下)的条件下测量,可以考虑采用直接液封法,液封法主要适用于同轴圆筒测量系统,采用液封法时主要考虑的因素:

  1. 相溶性:可用的液封材料有硅油、矿物油、液体石蜡等不易挥发、密度小于水的油性液体,要确保样品和液封材料之间不互溶。

  2. 黏度影响:选择一个与样品相比,黏度小一个数量级以上的液封材料,以减小液封材料对测试结果的影响。


    ps:液封材料可以用低粘度标准黏度油,如gbw13602、gbw13603

    购买网址:https://www.ncrm.org.cn/web/home/index


使用时,只需在加载完样品后在样品表面滴入少量液封液体,形成一层1mm左右的薄膜即可。直接液封的优点是是操作方便,液封效果好;缺点是必须使用完全不互溶的液封材料,适用情况有限,并且液封材料可能会对测量结果造成一定影响,且影响不能校正。



防挥发附件间接液封法



       间接液封是借助一些小附件,用液封形成一个小空间,液封材料与样品不直接接触,因此在液封材料的选择上更加方便,并且可以通过空白实验对液封材料的影响进行校正;间接液封法适用于同轴圆筒、锥平板、平行板夹具。


同轴圆筒防挥发附件

圆筒防挥发附件是在转子的测量杆上固定一个盖板,在测量杯上固定一个带凹槽的圆环,凹槽中可填充液封材料,盖板与凹槽内液体形成密封结构(如下图)。


锥平板防挥发附件(无peltier上罩)

与peltier锥平板控温下板配合,可使用带有液封结构的防挥发冷阱可有效减少溶剂的挥发,如下图所示,液封部分在测量上板的中间凹槽内,将冷阱的环形部分插入液体中但不接触测量上板。


锥平板防挥发附件(有peltier上罩)

当由于测试需要,配置了peltier下板+peltier上罩双向控温时,可以使用专门设计的防挥发模块。如下图所示,在peltier上罩内安装防挥发插件,并进行两处液封,能够达到很明显的防挥发效果。

如下图,对于同一样品,a表示没有采用防挥发措施,b表示采用了以上防挥发附件,a-1和b-1的测试温度为30℃,a-2和b-2的测试温度为23℃,可见防挥发附件起到了明显作用,温度越高效果越明显。




使用密闭测量系统



当测试温度接近或高于样品中溶剂沸点时,以上几种防挥发措施的作用就很小或无法使用了。这时候可以考虑使用密闭高压测量池进行测量,该附件使用全密闭结构,且能够承受一定的压力(30bar、150bar、400bar、1000bar等),样品在此容器既可以避免挥发也可以通过加压提高其沸点。



控制环境湿度



对于水溶剂样品,如果能够提高其测试位置的环境湿度,应该可以减慢其挥发速度,安东帕mcr流变仪中有两种方法可以提高环境湿度。
一是在上面提到的防挥发冷阱使用中,不进行液封,而是在其中放置一些浸满样品中溶剂的海绵等物质,从而让冷阱中的空间内迅速达到饱和蒸汽的环境;这种方法用起来简单方便,对于温度不太高的测量效果明显。

第二种方法是使用安东帕mcr流变仪的对流控温系统ctd180,并配套精确湿度控制系统,从而能够准确控制样品的环境湿度(5% - 95%),一是可用于减少溶剂挥发,二是可以研究湿度对样品性能的影响;此方法的优点是对湿度的控制非常准确,可以明确知道湿度的具体数值,缺点是只能用于水为溶剂的样品。



测量条件和参数的优化



除了以上各种防挥发措施外,还可以通过优化测量条件和参数来减小溶剂挥发的影响。
第一,对于容易挥发的样品,优先采用同轴圆筒进行测量;同轴圆筒中的样品体积较大,挥发影响更小。
第二,在测量条件的设置中,应尽可能缩短测量的时间;比如减少取点数量、缩短取点时间等。

安东帕创建于1922年,总部位于奥地利。安东帕在密度和浓度的测量,溶解二氧化碳的测定,以及在流变学和黏度测量领域处于世界领先地位。致力于为全球工业和科研客户提供最合适的仪器。产品涵盖密度计、微波消解仪、微波合成仪、旋光仪、折光仪、黏度计、流变仪、馏程分析仪、闪点测试仪、x-射线结构分析、固体表面电位分析仪、表面力学性能测试仪器、在线分析检测仪表、颗粒特性分析、原子力显微镜以及固体材料直接表征等。

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王静
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