СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТОЧКИ ГЕЛЕОБРАЗОВАНИЯ МЕТОДОМ ВИБРАЦИОННОЙ ВИСКОЗИМЕТРИИ
METHOD OF DETERMINING GEL POINT BY OSCILLATORY VISCOMETRY

Изобретение относится к области физической и коллоидной химии (физико-химических измерений), а более конкретно - к способам определения точки (момента) потери текучести методом вибрационной вискозиметрии, и позволяет определить точку гелеобразования путем измерения вязкости (механического сопротивления) в сосудах различного размера.
Известен метод точки потери текучести по ГОСТ 20287-91. Сущность метода заключается в визуальном наблюдении подвижности жидкости. Определяют момент, когда образец остается неподвижным при наклоне измерительного сосуда. Недостатком метода является то, что он является визуальным и результат измерений зависит от оператора.
Наиболее близким аналогом по технической сущности является метод определения момента потери текучести (гелеобразования) с использованием техники вибрационной вискозиметрии. В процессе измерения в жидкость погружают колеблющийся зонд. При этом непрерывно измеряют механическое сопротивление Z [Богословский А.В., Журавлева Т.Б., Стрелец Л.А. Интерференционные резонансы при вискозиметрических измерениях // Теоретические и прикладные основы физико-химического регулирования свойств нефтяных дисперсных систем. - Томск, Изд-во ТГУ, 2001. - С.105-109.]. Главным признаком гелеобразования является появление у образца механической упругости. При этом он приобретает в отличие от жидкости способность переносить сдвиговую акустическую волну. При этом происходит интерференция излучаемой колеблющимся зондом и отраженной стенок измерительного сосуда сдвиговой акустической волны и зависимость механического сопротивления от времени приобретает периодический характер. Точкой гелеобразования считается момент появления периодического участка на реокинетической (реологической) зависимости. Недостатком данного метода является то, что полученный результат зависит от величины проходимого волной пути и будет отличаться при использовании измерительного сосуда другого размера - диаметра. Выбор конкретного размера сосуда субъективен и зависит от оператора. С другой стороны, в процессе формирования геля происходит не только возникновение упругости, но и изменение вязкости. Ее высокие значения могут маскировать появление периодического участка реологической зависимости и затрудняют его обнаружение.
Задачей изобретения является уменьшение зависимости результата измерения от субъективного оператора и, таким образом, повышение точности измерения.
Технический результат заключается в повышении точности измерений и большей объективности определения точки гелеобразования за счет использования ячеек различного размера.
Способ заключается в следующем. Гелеобразующий состав помещают в ячейки вибрационного вискозиметра с разным диаметром и инициируют процесс. В каждой из них непрерывно измеряют механическое сопротивление. Наблюдается изменение вязкости, вначале совпадающее во всех сосудах. По мере развития процесса реологические кривые, получаемые в разных сосудах начинают отличаться. Зависимости механического сопротивления от независимой переменной (времени или температуры - в случае термотропного гелеобразования), полученные в разных ячейках, строят на одном графике и определяют точку гелеобразования как точку расхождения указанных кривых.
Примеры конкретного выполнения.
Измерение динамики гелеобразования бинарного гелеобразующего состава проводят с помощью разработанного в ИХН СО РАН вискозиметра «Реокинетика» в измерительных ячейках различного диаметра D=12 мм и 15 мм.
Пример 1. Используют гелеобразующий состав на основе карбамида и соли алюминия. Раствор №1 готовят растворением 10.2 г (10.2% мас.) Аква-Аурата, 8 г (8% мас.) гидроксохлорида алюминия и 30 г (30% мас.) карбамида в воде с последующим разбавлением до 100 мл. Раствор №2 готовят растворением 32 г (32% мас.) уротропина в воде с последующим разбавлением до 100 мл. Бинарный гелеобразующий состав получают непосредственно перед экспериментом сливанием растворов №1 и №2 в отношении 5 к 3 при постоянном перемешивании. При 50°C время гелеобразования - 10-15 мин. Весовое соотношение подбирали экспериментально.
При сливании компонентов через некоторое время происходит увеличение вязкости, далее возникает твердообразное тело. В качестве калибровочной жидкости используют воду, поэтому:
<mrow><msub><mi>Z</mi><mrow><mi>о</mi><mi>т</mi><mi>н</mi></mrow></msub><mo>=</mo><mfrac bevelled="true"><mrow><msub><mi>Z</mi><mrow><mtext>текущее</mtext></mrow></msub></mrow><mrow><msub><mtext>Z</mtext><mrow><msub><mtext>H</mtext><mtext>2</mtext></msub><mtext>O</mtext></mrow></msub></mrow></mfrac><mo>.</mo></mrow>
отн
текущее
H2O
Где: Z, Z - относительное и текущее механическое сопротивление раствора, Z - механическое сопротивление воды.
Полученные результаты приведены на фиг.1. Для определения области расхождения полученных в разных сосудах реокинетических зависимостей на одном графике и строят их огибающие. Практически совпадающие вблизи начала координат кривые расходятся примерно на пятой минуте. Время гелеобразования - 5 мин.
Пример 2. На фиг.2 приведены результаты измерения механического сопротивления при непрерывном нагревании термотропного гелеобразующего состава - раствора метилцеллюлозы. Гелеобразующий состав готовили растворением 1 г (1%) метилцеллюлозы МЦ-100 и 5 г (5%) хлорида натрия в 100 мл воды.
Для определения области расхождения полученных в ячейках различного диаметра (12 мм и 15 мм) термореологических зависимостей на одном графике строили их огибающие. Совпадающие и почти горизонтальные при комнатной температуре термореологические зависимости после 43°C синхронно возрастают и далее расходятся в точке гелеобразования - при 54°C.
Таким образом, предлагаемое изобретение позволяет увеличить объективность определения момента гелеобразования и уменьшить зависимость результата от оператора.