Polyakryyliamidigeelin viskoelastiset ominaisuudet ja moolimassa

Abstract

Opinnäytetyö tehtiin Kemira Oyj Vaasan Polyelektrolyyttitehtaalle. Tutkittavana oli prosessin välituotteena syntyvä geeli polymeroinnin jälkeen. Tarkoituksena oli löy­tää parametri, jolla saataisiin selville geelin sisältämän polymeerin moolimassa. Prosessia ajetaan muuttamalla ajoparametreja haluttujen tulosten saavuttamiseksi. Yksi seuratuista tuloksista on moolimassa, jonka täytyy olla tietyissä rajoissa riip­puen tuotteesta. Samalla tutkittiin geelin säilyvyyttä eri olosuhteissa.

Mittaukset tehtiin Keski-Pohjanmaan teknologiakeskuksessa Dynaamismekaanis­analysaattorilla ja Reometrilla. Mittauksiin käytettiin oskilloivaa mittausta eli puris­tusta tai venytystä.

Opinnäytetyön teoriaosassa on käsitelty polyelektrolyyttejä ja niiden valmistusta, geelin ominaisuuksia, viskoelastisuutta, oskillaatiota ja mittauksiin käytettävien lait­teiden ominaisuuksia.

Näytteitä otettiin kahdelta eri linjalta kolmena eri päivänä. Geelin säilyvyyttä tutkit­tiin samasta näytteestä tehdyistä kokeista eri päivinä. Näytteitä säilytettiin vaihtele­vissa olosuhteissa, sekä pöydällä että olosuhdekaapissa tai molemmissa. Eroavaisuuksia saatiin eri tavalla käsiteltyjen näytteiden välille. Dynaamismekaanis­analysaattorilla ja reometrilla saatiin kummallakin eroja erilaisten näytteiden välille.

Dynaamismekaanis-analysaattorilla tutkittiin geeliä puristamalla sitä ja käyttämällä eri taajuuksia. Tuloksista tarkasteltiin varasto- ja häviömoduulia sekä häviötangent­tia, jotka kertovat myös materiaalin kykyä palautua ennalleen. Lupaavimpia tulok­sia antoi varastomoduuli. Reometrilla mittaukset tehtiin kahdella eri normaalivoi­malla ja useilla eri kulmataajuuksilla. Tuloksista seurattiin kompleksiviskositeetin ja varastomoduulin sekä kompleksiviskositeetin ja häviömoduulien leikkauspisteitä eri näytteiden välillä. Näistä kahdesta kompleksiviskositeetin ja varastomoduulin leik­kauspisteet olivat lupaavimpia.

Lisämittauksia tarvittaisiin vielä, mutta alustavasti tulokset näyttävät lupaavalta.

This thesis was carried out at Kemira Oyj Vaasa Polyelectrolyte Mill. A process intermediate product, gel, developing after polymerization was examined. The aim of the thesis was to find a parameter which would tell the polymer mole mass in the gel. The process was driven by modifying driving parameters to achieve the desired results. One of the following results was the mole mass which had to be in certain limits depending on the product. The aim was also to research how the gel was behaving in different conditions.

The measurements were carried out at Central Ostrobothnia Technology Centre with a dynamic mechanical analyzer and rheometer. The used oscillation measurements were compression or stretching.

The theoretical part of the thesis dealt with polyelectrolytes and their production, properties of the gel, viscoelasticity, oscillation and characteristics of the used measurement equipment.

Samples were taken from two different Iines and on three different days. The durability of the gel was examined from the same sample on different days. The samples were kept in various conditions, on a table and in a field-cured cupboard. Differences were found between the samples handled in different ways. Differences were found, too, between the samples with a dynamic mechanical analyzer and a rheometer.

A dynamic mechanical analyzer was used for compression in different frequencies of the gel. From the test results the storage and loss modulus and the loss tangent were reviewed. These parameters also told the ability of the materials to recover back to the same form after compression. The most promising results gave the storage modulus. ln the measurements of a rheometer two types of forces and different angular frequencies were used. The intersection points of complex viscosity and storage modulus, and complex viscosity and loss modulus were observed in the test results. The most promising results gave the intersection point of complex viscosity and storage modulus.

The test results are promising but more measurements will be needed.