摘要:大分子量的物質一般叫聚合物或高分子化合物,分子量都高達幾千甚至幾百萬。不同單體在催化劑或加熱情況下經聚合反應得到理想分子量的聚合物。粘度是聚合物分子量的重要標志,因此可以通過使用在線粘度計(英國HYDRAMOTION海默生振動式在線粘度計)的方法檢測聚合反應過程的粘度來精確確定聚合反應的終點。
聚合反應的粘度與聚合物的分子量有非常密切的關系,可以通過控制聚合反應過程中粘度的變化來控制聚合物的分子量。然而,聚合反應過程中粘度是處于一直變化中的,且粘度受到溫度、壓力、攪拌等各種因素的影響。因此,需要選擇合適的粘度計進行測量,來達到最佳的產品質量控制。早期,聚合物生產商家采用毛細管粘度計、旋轉式粘度計及布氏粘度計等實驗室型粘度計控制和測量聚合物的粘度和分子大小,非常消耗人力和時間,不能適應大規模工業化進程。
粘度是由流體內部分子結構之間的引力形成內摩擦,從而在外部表現為抵抗流體流動的能力,因此它間接地反映了流體分子結構及其分布狀態。流體分為牛頓流體和非牛頓流體,
其中最為理想的流動形態是牛頓流體,
如圖 1 所示。面積為 A
、相對距離為 dx 的兩個液體
平面以速度差
dv 相對移動時, 它們之間將產生抵抗內部流動的趨勢和阻力即剪應力,牛頓
流體的剪應力 F = F / A 與剪變率 S = dv / dx 之間是線性關系: F / S , 即為牛頓流體的粘度, 在溫度、壓力等相同條件下,其粘度不受剪切應力的影響,如圖 2 所示。但是化工行業的大部分流體為非牛頓體,且多為剪切變稀流體,如圖 3。非牛頓流體由結構和分子量互不相同的分子組合而成,因此剪切速率的變化將影響其測定值,這就給粘度的測定帶來一定困難。
聚合反應常通過加熱或者加催化劑的方法來進行反應,在聚合反應接近終點的時候反應速度迅速,需要進行精確控制(聚合反應見圖 4)。德國某國際酚醛樹脂生產商在酚醛生產中會碰到聚合反應速度控制不好的問題,且實驗室采樣檢測時間相對滯后,常常不能夠及時停止反應終點,因而造成產品不合格批次的產生,給工廠造成了很多可以避免的損失。前幾年其公司采用了 hydramotion 海默生XL振動式在線粘度計連續的在線粘度監測方法,淘汰了傳統的離線實驗室粘度檢測方法后,現在可以正確判斷聚合反應的正確粘度和溫度參數,有效的控制了不合格產品的產生。其公司采用的在線粘度計安裝方式是反應釜壁直接安裝,安裝在反應釜接近釜底位置(見圖 5),操作人員通過電子顯示器觀察到反應過程中粘度隨時間變化的曲線,及時控制反應進程(見圖 6)。
圖 5.某公司在線粘度計安裝的現場圖片
以前,大部分聚合物生產廠家都使用實驗室粘度計來進行物質粘