基于复合波等变率温度扫描流变的聚合物凝胶点表征方法技术

本发明专利技术属于聚合物凝胶流变学表征领域，公开一种基于复合波等变率温度扫描流变的聚合物凝胶点表征方法，包括：将混合后的聚合物前驱液在流变仪上完成上样后，在流变仪上设置平衡静置温度、平衡静置时间及复合波等变率温度扫描流变测试参数；启动流变仪，开始进行复合波等变率温度扫描流变测试，得到测试数据，并利用插值法直接得到不同角频率下不同时刻下聚合物的粘弹谱数据；结合时间分辨技术，获得粘弹谱随时间的演变，完整表征聚合物在凝胶化转变过程中的结构变化。本发明专利技术能完整表征胶凝性材料在凝胶化转变过程中的结构变化，为聚合物凝胶材料的生产加工及应用提供具有重要参考价值的指导。

【技术实现步骤摘要】
基于复合波等变率温度扫描流变的聚合物凝胶点表征方法
本专利技术属于聚合物凝胶流变学表征领域，涉及一种基于复合波等变率温度扫描流变的聚合物凝胶点表征方法。
技术介绍
聚合物凝胶因其胶凝性和吸水性在工业上有着广泛的应用，如食品胶、石油堵漏剂、纺丝添加剂等。高分子溶液反应到某一程度或受到一定条件影响时，开始形成网络结构，体系粘度突增，这时的反应程度称为凝胶点。溶胶-凝胶转变受温度、pH、电解质等多种因素影响。而不同的工业生产对高聚物凝胶的要求不同，需对其发生凝胶化的温度、时间、环境条件有确凿地了解，因此，凝胶点的表征和调控是某些工业上的技术重点。由于凝胶化转变往往发生在某一个瞬间，且对外界条件的变化十分敏感，凝胶点的表征和调控是某些工业生产中的技术难点。在常见的聚合物凝胶点测试方法中，动态等变率温度扫描是比较严谨的凝胶点测试方法。传统的凝胶点流变测试的具体实施方法有若干变种，但其共同的基本步骤为：1)样品在测量夹具中静置直至温度达到平衡；2)在固定应变和频率下对样品进行温度扫描；3)改变频率对样品进行多次温度扫描。这种方法是多次进行动态等变率温度扫描流变测试以获得多个频率下的温度扫描实验数据。溶胶-凝胶转变过程十分敏感，各类环境条件的变化对结果的影响极大，且凝胶结构易发生变化，不易得到准确的凝胶点数据。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术提供一种基于复合波等变率温度扫描流变的聚合物凝胶点表征方法。本专利技术采用如下技术方案实现：基于复合波等变率温度扫描流变的聚合物凝胶点表征方法，结合复合波等变率温度扫描流变测试进行聚合物凝胶点表征，包括：将混合后的聚合物前驱液在流变仪上完成上样后，在流变仪上设置平衡静置温度、平衡静置时间及复合波等变率温度扫描流变测试参数；启动流变仪，开始进行复合波等变率温度扫描流变测试，得到测试数据，并利用插值法直接得到不同角频率下不同时刻下聚合物的粘弹谱数据；结合时间分辨技术，获得粘弹谱随时间的演变，完整表征聚合物在凝胶化转变过程中的结构变化。优选地，利用插值法直接得到不同角频率下不同时刻下聚合物的粘弹谱数据，表现为：凝胶点前，同一等待时间下，角频率越大，聚合物溶胶越表现为类液体行为，角频率越小，聚合物溶胶的类固体行为越明显；凝胶点后，同一等待时间下，角频率越大，聚合物凝胶越表现为类液体行为，角频率越小，聚合物凝胶的类固体行为越明显。优选地，表征聚合物在凝胶化转变过程中的结构变化包括：通过时间-角频率叠加的方法得到聚合物的松弛行为与角频率之间的联系。优选地，设置平衡静置温度为60℃，平衡静置时间为300s。优选地，复合波等变率温度扫描流变测试的起始温度为60℃、终止温度为28～31℃、温度扫描速率为5℃/min、在终止温度时的保持时间为1800～3600s。优选地，复合波等变率温度扫描流变测试的基本应变为5％、基频为1rad/s、取点时间间隔为0.1s/pt。优选地，复合波等变率温度扫描流变测试参数还包括：4个谐波的应变，其中，四次谐波的应变为4％、六次谐波的应变为3％、十次谐波的应变设为2％、三十二次谐波的应变设为1％。优选地，复合波等变率温度扫描流变测试的环境温度为20～60℃，使用高级帕尔贴系统APS进行精准控温，控温精度为±0.1℃；湿度严格控制在60％以下，压缩空气气压达到0.5MPa。优选地，复合波等变率温度扫描流变测试过程的环境温度为25℃。优选地，混合指在温度60℃及湿度80％的恒温恒湿的环境中搅拌1h，搅拌速度为400～800rpm。与现有技术相比，本专利技术至少具有如下有益效果：(1)通过复合波等变率温度流变测试技术，可以简单快速得到高聚物凝胶在不同角频率下的样品内部结构构建或瓦解的实时情况以及全面的粘弹性信息，对于实际的胶凝性材料的生产加工实践及应用具有重要意义。(2)与简单的温度扫描流变测试不同，采用复合波等变率温度扫描同时进行复合波单点测试和动态等变率温度扫描，使得在施加复合应变波的同时，在一定的温度范围内进行温度扫描，一次性获得多个频率下的温度扫描流变测试，从而在一次温度扫描实验中获得样品多个频率下的粘弹谱。(3)结合时间分辨技术，可获得粘弹谱随时间的演变，完整表征样品在凝胶化转变过程中的结构变化，为聚合物凝胶材料的生产加工及应用提供具有重要参考价值的指导。附图说明图1为本专利技术一个实施例中基于复合波等变率温度扫描流变的聚合物凝胶点表征方法流程图。具体实施方式以下结合具体实施例对本专利技术技术方案作进一步详细地描述，但本专利技术的保护范围及实施方式不限于此。本专利技术的原理在于：流变学上表征样品结构信息的手段是进行小幅振荡扫频，获得样品的粘弹谱。通过对传统凝胶点测试进行改良，采用复合波等变率温度扫描流变测试技术，实现传统凝胶点测试的同时一次性获得多个频率下的温度扫描数据，从而在某个基频的正弦应变下得到多达8个以基频谐振频率为频率的正弦应变，可实现在一次温度扫描实验中获得样品多个频率下的粘弹谱。结合时间分辨技术，可获得粘弹谱随时间的演变，完整表征样品在凝胶化转变过程中的结构变化。基于复合波等变率温度扫描流变的聚合物凝胶点表征方法，结合复合波等变率温度扫描流变测试进行聚合物凝胶点表征，如图1所示，包括：将混合后的聚合物前驱液在流变仪上完成上样后，在流变仪上设置平衡静置温度、平衡静置时间及复合波等变率温度扫描流变测试参数；启动流变仪，开始进行复合波等变率温度扫描流变测试，得到测试数据，并利用插值法直接得到不同角频率下不同时刻下聚合物的粘弹谱数据；结合时间分辨技术，获得粘弹谱随时间的演变，完整表征聚合物在凝胶化转变过程中的结构变化。明胶是一种天然的多肽混合物，不溶解于水但可在水中吸5～10倍的水膨胀软化，在加热的条件下可形成无色透明的液体。在一定的浓度范围内，明胶具备热可逆性的凝胶化转变。在高温下，明胶溶液是低粘度的液体，且具有表面活性，在低温下冷却，明胶发生凝胶化。在低温下老化一段时间，明胶成为具备一定凝胶强度并形成可以固定形状的弹性固体。升高温度，明胶凝胶仍可恢复成溶液状态。明胶无可比拟的胶凝性使其成为应用广泛的胶凝剂、增稠剂与乳化剂，被广泛应用于包括医药、食品及摄影成像等领域。具体实施例中，以明胶水溶液作为聚合物前驱液进行实验。以明胶水溶液作为聚合物前驱液进行实验的过程具体包括如下步骤：(1)明胶水溶液的制备：将明胶加入到装有电导率等于18.2MΩ·cm的超纯水及加有磁力搅拌子的带盖广口玻璃瓶中，于60℃的水浴中静置20min后充分剧烈搅拌(400～800rpm，1h)，最后使明胶溶解形成澄清透明的液体，得到混合后的明胶水溶液，其中，明胶的质量分数为6wt％。(2)对混合后的明胶水溶液样品进行在振荡剪切条件下微观结构及粘弹性的表征，即复合波等变率温度扫描(Multiwave)流变测试。将同轴圆筒上下夹具分别安装本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于复合波等变率温度扫描流变的聚合物凝胶点表征方法，其特征在于，结合复合波等变率温度扫描流变测试进行聚合物凝胶点表征，包括：/n将混合后的聚合物前驱液在流变仪上完成上样后，在流变仪上设置平衡静置温度、平衡静置时间及复合波等变率温度扫描流变测试参数；/n启动流变仪，开始进行复合波等变率温度扫描流变测试，得到测试数据，并利用插值法直接得到不同角频率下不同时刻下聚合物的粘弹谱数据；/n结合时间分辨技术，获得粘弹谱随时间的演变，完整表征聚合物在凝胶化转变过程中的结构变化。/n

【技术特征摘要】
1.基于复合波等变率温度扫描流变的聚合物凝胶点表征方法，其特征在于，结合复合波等变率温度扫描流变测试进行聚合物凝胶点表征，包括：
将混合后的聚合物前驱液在流变仪上完成上样后，在流变仪上设置平衡静置温度、平衡静置时间及复合波等变率温度扫描流变测试参数；
启动流变仪，开始进行复合波等变率温度扫描流变测试，得到测试数据，并利用插值法直接得到不同角频率下不同时刻下聚合物的粘弹谱数据；
结合时间分辨技术，获得粘弹谱随时间的演变，完整表征聚合物在凝胶化转变过程中的结构变化。


2.根据权利要求1所述的聚合物凝胶点表征方法，其特征在于，利用插值法直接得到不同角频率下不同时刻下聚合物的粘弹谱数据，表现为：凝胶点前，同一等待时间下，角频率越大，聚合物溶胶越表现为类液体行为，角频率越小，聚合物溶胶的类固体行为越明显；凝胶点后，同一等待时间下，角频率越大，聚合物凝胶越表现为类液体行为，角频率越小，聚合物凝胶的类固体行为越明显。


3.根据权利要求1所述的聚合物凝胶点表征方法，其特征在于，表征聚合物在凝胶化转变过程中的结构变化包括：通过时间-角频率叠加的方法得到聚合物的松弛行为与角频率之间的联系。


4.根据权利要求1所述的聚合物凝胶点表征方法，其特征在于，设置平衡静置温度为60℃，平衡静置时间为300s。

【专利技术属性】
技术研发人员：孙尉翔，汪晓岚，代迎康，王涛，童真，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东;44