Технические решения для промышленности
Закрыть
Технические решения для промышленности
Технологии

Полимерные добавки. Подготовка образцов для анализа. Описание методов. Часть 14

13 июня 2020
Полимерные добавки. Подготовка образцов для анализа. Описание методов. Часть 14

Потенциальные взаимодействия веществ в состоянии SCF (сверхкритических жидкостей), таких, например, как CO2, с полимерным материалом могут приводить к сорбции, набуханию, растворению, пластификации и подавлению Tg (температуры стеклования), кристаллизации и увеличению Tm (температуры плавления), увеличению скорости диффузии, изменению растворимости добавок, потере массы, изменению механических свойств, изменению свойств поверхности и к образованию пустот в структуре полимера. Эти явления весьма важны в определенных областях применения, таких как образование полимерных пен, пропитка полимеров химическими добавками, извлечение низкомолекулярных частиц из полимеров и разделение газовых смесей с использованием полимерных мембран.

Пластифицирующее действие СО2 является не только чисто физическим явлением, но также отражает его способность взаимодействовать с основными центрами (электронодонорными функциональными группами) в полимерах, что уменьшает межцепочечные взаимодействия и увеличивает подвижность сегментов полимера. Пластификация полимерных элементов с помощью scCO2 (CO2 в состоянии сверхкритической жидкости) приводит к увеличению скорости диффузии на порядок. Только ограниченное количество полимеров растворимо в scCO2 (фторполимеры и полидиметилсилоксаны) при доступных температурах и давлениях (менее +100 °С и 50 МПа). Определено влияние scCO2 на механические, термические и взаимодействующие свойства 20 полимеров. Извлечение растворенных веществ с низкой молекулярной массой с помощью SCF часто ограничивается взаимодействием растворенного вещества с полимером. Метод SFE (извлечения сверхкритической жидкости) обычно представляет собой диффузионный процесс. Успех такого процесса зависит от способности SCF набухать в полимере, возможно, его пластифицировать, и тем самым увеличивать диффузионную способность растворенного вещества в полимерной фазе во время экстракции.

Полимерные добавки. Подготовка образцов для анализа. Описание методов. Часть 14

Набухание полимера с помощью SCF и его влияние на диффузионную способность растворенного вещества имеют первостепенное значение для понимания и моделирования практического метода SFE типичного раствора с низкой молекулярной массой из полимера. В тех случаях, когда SCF сильно набухает в полимере (например, CO2 / этилбензол / PS), как это часто бывает при высоком давлении, экстракция не близка к равновесной и не ограничена полностью диффузией. Это приводит к необычным изменениям количества экстрагируемого этилбензола в зависимости от температуры и давления. Измерения линейного расширения в приборе LVDT могут использоваться для оценки растворения CO2 в твердом состоянии полимера. Этот метод был применен для изучения свойств набухания уплотнительных колец из витона и бутилкаучука, а также из PVDF и PTFE. Специалисты использовали различные методы спектроскопии (в том числе FTIR, ATRFTIR с временным разрешением, комбинированные UV / VIS и флуоресцентную спектроскопию) для характеристики полимеров, обработанных scCO2. FTIR и ATR-FTIR спектроскопия сыграли важную роль в развитии понимания и мониторинга на месте многих процессов SCF, таких как сушка, экстракция и пропитка полимерных материалов.

Полимерные добавки. Подготовка образцов для анализа. Описание методов. Часть 14

Для экстракции сверхкритической жидкости используются принципы традиционной LSE. В последнее время SFE стал весьма изученным средством аналитической пробоподготовки, особенно для удаления представляющих интерес аналитов из твердых матриц перед хроматографией. SFE также был оценен на предмет его способности извлекать полимерные добавки. В SFE три взаимосвязанных фактора, растворимость, диффузия и матрица, влияют на восстановление. Для успешного извлечения растворенное вещество должно быть достаточно растворимым в SCF. Временной масштаб для диффузии зависит от формы и размеров частиц матрицы. Массоперенос от поверхности полимера к экстрагенту SCF очень быстрый из-за высокой диффузии в SCF, а слой застойного SCF вокруг твердых частиц очень тонкий. Следовательно, ограничивающей скорость стадией в SFE является либо диффузия в частицах полимера, либо растворимость в SCF. Какой этап фактически контролирует кинетику экстракции, это можно определить, контролируя выход экстракции при разных температурах или разных скоростях потока растворителя. Другие эффекты матрицы (такие как сильная адсорбция молекул аналита на поверхностных участках, захват молекул в полимерных цепях) считаются ответственными за очень медленную конечную стадию в некоторых случаях.

Этот «матричный» эффект наименее понятен. Из-за этих явлений извлечение отдельных веществ из полимеров демонстрирует необычное поведение с ограниченной скоростью, которое часто не может быть предсказано с помощью более простых моделей десорбции. Были опубликованы различные модели SFE, которые направлены на понимание кинетики процессов. Для многих динамических экстракций соединений из твердых матриц, например, для добавок в полимерах аналиты присутствуют в небольших количествах в матрице, и во время экстракции их концентрация в SCF значительно ниже предела растворимости. В этом случае скорость экстракции определяется главным образом не растворимостью, а скоростью массопереноса из матрицы. Извлечение сверхкритического газа обычно очень четко относится к классу чисто диффузионных операций. Некоторые специалисты сообщали о физико-химических принципах, которые являются основой теории и практики аналитических методов SCF. Они подчеркивали, в частности, использование внутренних параметров растворимости (таких как параметр растворимости Гильдебранда δ), в отношении растворимости аналитов в SCF и оптимизации условий SFE.

Полимерные добавки. Подготовка образцов для анализа. Описание методов. Часть 14

Также была описана простая модель для извлечения веществ из сферических частиц с ограничением диффузии (так называемая модель «горячего шара»). Модель была расширена для охвата полимерных пленок и неравномерного распределения экстрагента. Также было учтено влияние растворимости на экстракцию, а влияние давления и скорости потока на экстракцию было рационализировано. В этой идеализированной схеме матрица должна содержать небольшие количества экстрагируемых материалов, так что экстракция не ограничена растворимостью. Модель представляет собой модель диффузии из однородной сферической частицы в среду, в которой извлеченные частицы бесконечно разбавлены. Отношение оставшейся массы (m) в частице радиуса r в момент времени t к начальному количеству (m0) определяется по специальной формуле, где используется также такое значение, как D — коэффициент диффузии. Соответствующий профиль извлечения со временем изначально резко падает, становясь в конечном итоге линейным в масштабируемом временном интервале с приблизительным значением, равным 0,5.

Полимерные добавки. Подготовка образцов для анализа. Описание методов. Часть 14

Для получения более полной информации, надо обратиться к нашим специалистам по телефону
+7 (495) 268-0242, или почте info@nomitech.ru, они окажут помощь в подборе необходимого оборудования, которое будет соответствовать вашим требованиям как в части технических характеристик, так и в ценовом плане.

комментарии
Комментариев нет

Прежде, чем Вы сможете добавить свой комментарий, он будет проверен администратором.
вернуться назад