DE2047908A1

DE2047908A1 - Vorrichtung zum Messen der Viskosität eines fließfähigen Produktes in einem Gefäß

Info

Publication number: DE2047908A1
Application number: DE19702047908
Authority: DE
Inventors: auf Nichtnennung. P Antrag
Original assignee: Kunstharsfabriek Synthese NV
Current assignee: Kunstharsfabriek Synthese NV
Priority date: 1970-03-17
Filing date: 1970-09-29
Publication date: 1971-09-30
Also published as: US3680362A; NL142236B; ZA708451B; DE2047908C3; DE2047908B2; NL7008593A; FR2083831A5; GB1312690A; SE372627B; JPS5026105B1

Description

Patentanwälte Dipl.-Ing. F. Weickmann,

Dipl.-Ing. H. Weickmann, Dipl.-Phys. Dr. K. Fincke Dipl.-Ing. F. A. Weickmann, Dipl.-Chem. B. Huber

SAHA. 8 MÜNCHEN 86, DEN

POSTFACH 860 820

MÖHLSTRASSE 22, RUFNUMMER 48 3921/22

<98 39 21/22)

KUNSTHARSFABRIEK SYNTHESE N.V., Ringersweg 5, BERGEN OP ZOOM, Niederlande

Vorrichtung zum Messen der Viskosität eines fließfähigen

Produktes in einem Gefäß

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Messen der Viskosität in Gefäßen während der Darstellung von Zwischenprodukten und Endprodukten mit Hilfe eines Kapillarviskosime-

Die Viskositätsmessung ist in vielen chemischen und physikalischen Prozessen ein sehr wichtiger Akt, welcher von großer Bedeutung ist für einen richtigen Verlauf des Prozesses. Ein Beispiel hierfür ist die Gewinnung von Kunststoffen, "bei der die Viskosität in der Regel während des Polymerisations- und/ oder Kondensationsvorganges ansteigt. Ein Endprodukt einer be- ä stimmten Kunststoffart muß, um die gewünschten Eigenschaften zu erhalten, eine in einem vorgegebenen Bereich liegende Viskosität aufweisen, die meist für eine bestimmte Konzentration in einem geeigneten Lösungsmittel angegeben ist. Es liegt auf der Hand, daß für den Reaktionsablauf und auch für die Bestimmung des Endproduktes der Reaktion eine rasche und häufige Viskositätsmessung von großer Bedeutung ist.

Bisher wird die Viskositätsmessung während der Darstellung von Kunststoffen meist außerhalb des Reaktionsgefäßes vorge-

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nommen. In der Regel werden während des Prozesses in gewissen Zeitabständen aus dem Reaktionsgefäß Proben entnommen, die in einem Lösungsmittel, etwa !üestbenzin (white spirit) oder Xylol, auf.eine vorgegebene Konzentration verdünnt werden« Die Viskosität der so erhaltenen Kunststofflösungen kann auf verschiedene Weise gemessen werden, beispielsweise indem man die Auslaufzeit der Kunstatofflösung aus einem Meßbecher bei 20⁰O in Sekunden mißt oder durch eine Vergleiohsinessung der Viskosität der Kunststofflösung mit dem Gardner-Bubble-'Viskosimeter oder auch mittels der ) . Methode der fallenden Kugel nach Koppler« Alle diese und ähnliche Methoden, bei denen die Viskosität der Kunststofflösung bei einer niedrigen Temperatur, in der Regel 20° oder 2? 0, gemessen wird, sind jedoch, wenn sie genau ausgeführt werden, mühselig.und zeitraubend. Das Ergebnis steht erst 20 bis 30 Minuten nach der Probenentnahme festo Daher ist die Festlegung des richtigen Momentes, in dem die Reaktion gestoppt werden muß, oft ungenaue All dies hat zur Pol-» ge, daß die Reproduzierbarkeit der Viskosität des Endproduktes oft viel zu wünschen übrig läßto

Hauptaufgabe der Erfindung ist es, diese und andere Mangel fe zu beheben und rasche, aufeinanderfolgende Messungen der * Schmelaviskosität eines fließfähigen Reaktionsproduktes, beispielsweioe währeiid eines Polymerisations- oder Kondensat tionsprozesses, au ermöglichen, um auf diese Weise eine sehr gute Reproduaierbarkeit der endgültigen Viskosität jedes Produktes zu erreichen.

Die Viskositätsmessung mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung beruht auf dem bekannten Gesetz von Hagen-Poiseuille, wonach die Zeit, die ein konstantem Plüssigkeitsvoluinen benötigt, um durch eine Kapillare zu strömen, direkt proportional der Viskosität und dor Länge der· Kapillare und indirekt proportional flor DruckdiiTfeicnr, zwischen den Enden dor Kapillare

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und der vierten Potenz des Radius der Kapillare ist. Dieses Prinzip wird zwar in Kapillarviskosimetern für die ge— ' naue Messung der Viskosität benutzt, bekannte Instrumente dieser Art eignen sich jedoch nicht für die unmittelbare Verwendung in Gefäßen, beispielsweise Reaktionsgefäßen, Verdünnungsgefäßen, Eindämpfgefäßeno

Zur Lösung der Aufgabe sieht die Erfindung ein Kapillarviskosimeter vor, das sich direkt in einem Gefäß anbringen läßt und das Serienmessungen in einem Gefäß möglich macht. Die Schmelzviskosität des flüssigen Produktes kann während der Reaktion in einem bestimmten Moment und in häufiger Folge gemessen werden, indem man einfach die Zeit mißt, die für das Pressen eines konstanten Volumens der Flüssigkeit durch eine Kapillare bei eingestellter Druckdifferenz benötigt wird β

Weitere Einzelheiten der Erfindung gehen aus der nachfolgenden Beschreibung einiger zweckmäßiger Ausführungsbeispiele anhand der beiliegenden Zeichnungen hervor« Es zeigen:

Figoi eine schematische Ansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung j

Figo2 eine entsprechende Ansicht einer zweiten Ausführungsform;

Fig.3 eine dritte Ausführungsformj
Fig.4 eine Abwandlung hierzu;

Figo 5 ein Diagramm, das die Resultate von Serienversuchen zeigt;

Fig«6 «11 Diagramme, ciie die Beziehung der Schmelzviskosität und der Lösungsviskosität gewisoer Test-Kunststoffe v.eraiiöchfj.ulichono

Die in Flg.1 g<i;-cdgto Vorrichtung v/eist eine Heßzelle 1 "Huf,

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die in einem die Zelle umgebenden Tauchrohr 2 gehaltert ist. Das Tauohrohr ist zusammen mit der Meßzelle in dem im Reaktionsgefäß 3 enthaltenen fließfähigen Produkt (hier der Einfachheit halber als Flüssigkeit bezeichnet) eingetaucht« Das Rohr 2 hat in senkrechten Abständen mehrere Schlitze 4, so daß eine gewisse Flüssigkeitsmenge durch das Rohr fließen kannj auf diese Weise vermeidet man übermäßige Turbulenzen, die von einem Rührer, der Bich im Reaktionsgefäß in der Nähe der Kapillare 6 befinden kann, verursacht werden könnene

g Die Meßzelle bildet eine Meßkammer 5 mit vorgegebenem Volumen, beispielsweise 100 ecm, deren oberes Ende vom Ende einer Röhre 7 abgegrenzt ist und deren unteres Ende in eine Kapillare 6 mündete Eine Strömung eines inerten Gases, etwa Stickstoff, gelangt durch ein Ventil 16 unter einem vorgegebenen Druck in die Meßzelle· Während die Meßzelle mit Flüssigkeit aus dem Reaktionsgefäß'gefüllt wird, um deren Viskosität zu messen, öffnet ein Ventil 25, das so eingestellt ist, daß es eine geringe Gasströmung von etwa 5 bis 10 liter in der Stunde durch eine Röhre 8 in die Meßzelle 1,schickt· Das Gas fließt durch ein Rotameter 17, wo die Strömung gemessen wird, und entweicht wieder durch die Röhre 7, wobei die fc Ventilstellung 2 des Solenoidventils 9 offen ist, um das Gas * in die Umgebung zu entlüften. Wenn die Meßkammer 5 gefüllt ist, so daß die Flüssigkeit das Auslaßende der Röhre 7 sperrt, wird ein Gasfluß von etwa 50 bis 100 Liter in der Stunde über das Ventil 22 zugeleitet und gelangt duroh die Röhre 7 in die Meßzelle 1 und preßt die Flüssigkeit aus der Meßkammer 5 durch die Kapillare 6, wozu das Solenoidventil 9 auf eine noch zu beschreibende Weise umgeschaltet wird*

In der Meßzelle 1 ist auch noch eine Kompensationsröhre 10 angebracht, um Schwankungen des Druckes und des Flüssigkeitsspiegels in dem Reaktionsgefäß 3 zu kompensieren, wie eben«

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falls weiter unten beschrieben wird·

Die Viskositätsmeßvorrichtung kann unter verschiedenen Druckzuständen verwendet werden, wozu der Auslaß 0 eines Ventils 14, der Auslaß 2 des Ventils 9 und der Auslaß 15 eines Gefäßes 11 mit dem Raum über dem flüssigkeitsspiegel im Reaktionsgefäß 3 verbunden werden können. Das Meßresultat, nämlich die zum Herauspressen der Flüssigkeit aus der Meßkammer der Meßzelle 1, benötigte Zeit, ist unabhängig von der Eintauchtiefe der Meßzelle in die Flüssigkeit und von dem über dem Flüssigkeitsspiegel in dem Eeaktionsgefäß herrschenden j Druck· ·

Die Vorrichtung arbeitet folgendermaßen:

Wenn die Vorrichtung außer Betrieb ist, stehen die Eintritte 1-Q des Solenoidventils 14 und die Eintritte 1-0 des Solenoid-Ventils 9 in Verbindung. Folglieh entweicht ein etwa eingeleitetes Gas durch die offenen Eintritte des Ventils 14 und durch die Kapillare 6 in die im Reaktionsgefäß befindliche Flüssigkeit,

Wenn die Vorrichtung in Betrieb genommen wird, werden die Eintritte 1 und 2 des Ventils 9 miteinander verbunden und ein an das Ventil 9 angeschlossenes Zeitrelais wird betätigte g Das Zeitrelais ist einstellbar, um die sehr kurze Verzögerung festzulegen, in der das Solenoidventil 14, das ebenfalls an das Relais angeschlossen ist, von der Stellung 1-0 zur Stellung, wo die Eintritte 1 und 2 miteinander verbunden, sind, umgeschaltet wird. In der kurzen Zeitspanne zwischen der Betäti~ gung der Ventile 9 und 14 wird der Gasdruck in den Röhren 7,

8 und in der Meßzelle 1 durch den offenen Eintritt 2 des Ventils

9 entlüftete Nunmehr v/ird die Meßzelle 1 mit der zu messenden Flüssigkeit aus dem Reaktionsgefäß gefüllt.

Während sich die Meßkammer 5 auffüllt, strömt das inerte Gas

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durch das Ventil 23, das Rotameter 17 und die in Verbindung stehenden Eintritte 1 und 2 des Ventils 14 in die Röhre 8, von wo es in die Meßzelle austritt, uin von dort durch die Röhre 7 and die in Verbindung stehenden Eintritte 1 und 2 des Ventils 9 au entweichen· Dieser Vorgang setzt sich fort, solange nicht die Flüssigkeit in der Meßkammer den Einlaß der Röhre 7 blockiert«

I/O

Unterdessen geht"eine Strömung von etwa 50 bis 100 Liter in der Stunde des inerten Gases durch das einstellbare Ventil 22 und das Rotameter 19 in eine Röhre 18, die verstellbar in einem Gefäß 13 gehaltert ist, von wo das Gas durch eine Röhre 12 in die Kompensationsröhre 10 fließt· Von hier tritt das Gas in die im Reaktionsgefäß 3 befindliche Flüssigkeit aus· Da während der Füllperiode der Meßzelle die Eintritte 1 und 2 des Ventils 9 miteinander verbunden sind, während die Vsntilpforte 0 gesperrt ist, strömt kein Gas aus der Röhre 20, die von der Röhre 18 abzweigt, durch das Ventil 9·

Das Gefäß 13 ist oben verschlossen· Es ist teilweise mit einer elektrisch leitenden flüssigkeit gefüllt, beispielsweise mit einer 1$ KOH lösung in einem Wasser-Glykol-Gemisch« Der Druck p^ in dem Gefäß über dem !Flüssigkeitsspiegel ist gleich der Summe des hydrostatischen Druckes der Säule h.·, die von den Auslaßenden der Kompensationsröhre 10 und der Kapillare 6 bis zum Flüssigkeitsspiegel im Reaktionsgefäß ■ reicht, und des über dem Flüssigkeitsspiegel im Reaktionsgefaß herrschenden Druckes« V/ährend des Füllens ist daher der Druck in dor Röhre 20 gleich der Summe von p.. und dem hydrostatischen Druck p₂ der Säule hp> die vom Auslaßende der Röhre 18 bis zur Oberfläche der leitenden Flüssigkeit im Gefäß 13 reicht-,

In dem Gefäß 13 sind zwei Elektroden k* und k. angebracht» Die Elektrode k., ragx in die Röhre 18 hinein bis zu einer

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Stelle etwa 1 Zoll (25 mm) oder so vom unteren Ende der Röhre entfernt. Beim Pullen der Meßkammer 5 mit Flüssigkeit , ist, während inertes Gas in die Röhre 18 geleitet wird und von dort als Gasblasen in die elektrisch leitende Flüssigkeit im Gefäß 13 eintritt, die leitende Verbindung zwischen den Elektroden k, und k, unterbrochen· Sobald die Meßkammer gefüllt ist und das untere Ende der Röhre 7 durch die Flüssigkeit versperrt ist, kann das inerte Gas, das durch die Röhre 8 in die Meßkammer einströmt, nicht mehr durch die Röhre 7 entweichen. Dadurch entwickelt sich in der Röhre 8 ein kleiner Überdruck,- der in eine Zweigleitung 21 rückschlägt, die von der Röhre 8 in das Gefäß 11 führt. Das Gefaß 11 ist ebenfalls teilweise mit einer elektrisch leitenden Flüssigkeit gefüllt, z.B. mit der gleichen Flüssigkeit wie das Gefäß 15, und mit zwei Elektroden k^ und k_g ausgestattet, von denen die Elektrode k-j in der Röhre 21 gehaltert ist«. Wenn der Überdruck in der Zweigleitung 21 den Spiegel der elektrisch leitenden Flüssigkeit im Gefäß 11 herabdrückt, wird die elektrische Verbindung zwischen den Elektroden k.. und kp unterbrochen, sobald der Flüssigkeitsspiegel unter die Elektrode k* sinkt·

Die Elektroden k--kp und k,-k* sind an einen Verstärker angeschlossen, der an die Elektroden eine Spannung anlegt, bei·· spielsweise eine Weohselspannung von maximal 1 Volt. Diese Elektroden erzeugen elektrische Steuersignale zur Betätigung der Solenoidventile, des Zeitrelais, der Schalter und des Zeitanzeigers oder -Schreibers in folgender Weise:

Wenn die Meßkammer 5 mit der Flüssigkeit, deren Viskosität gemessen werden soll, gefüllt ist und folglich der Einlaß der Röhre 7 durch die Flüssigkeit blockiert ist und sich in der Röhre 8 und der Zweigleitung 21 ein leichter Überdruok entwickelt, der den Spiegel der elektrieoh leitenden Flüssigkeit im Gefäß 11 so weit herabdrückt, daß der elektrische

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Kontakt zwischen den Elektroden k* und k₂ unterbrochen wird, Behaltet der mit dem Solenoidventil 14 verbundene elektrische Steuerkreis dieses Ventil von der Stellung, in der die Eintritte 1 und 2 verbunden sind und daher Gas durch die Röhre 8 fließt» in eine Stellung tarn, in der der Eintritt 1 foit dem Eintritt O dieses Ventils verbunden ist und das Gas folg~ lieh in die Umgebung entlüftet Wird. Gleichzeitig wird das Solenoidventil 9 von der Stellung, in der die Eintritte 1 und 2 verbunden sind und also Gas aus der Röhre 7 entlüftet wird., in eine Stellung umgeschaltet, in der die Eititritte O und. 1 des Ventils 9 in Verbindung stehen, so daß Gas aus der Röhre 20 in die Röhre 7 gelangt«, Oder anders ausgedrückt, die Gasströmung durch die Meßzelle wird umgekehrt und das aus der Röhre 7 ausströmende Gas beginnt die Flüssigkeit aus der Meßkammer in die Kapillare 6 zu drücken·

Gleichzeitig wird der Zeitschreiber eingeschaltet, um die Zeitspanne' zu registrieren, die* für das Auspressen der flüssigkeit aus der Meßkammer 5 benötigt wird· Ebenfalls gleichzeitig unterbricht ein einstellbares Zeitrelais den elektrischen Kontakt zwischen den Elektroden k, und k, für einige Sekunden· Dies soll verhindern, daß diese beiden Elektroden dadurch in elektrischen Kontakt kommen, daß die elektrisch leitende Flüssigkeit im Gefäß 13 in die Röhre 18 bis zur Höhe der Elektrode kg steigt infolge des plötzliohen, kurzzeitigen Druckabfalls in der Röhre 20, wenn diese durch Öffnen des Yentils 9 angeschlossen wirdo An diesem Punkt wird die Meßzelle unter einem Gasdruck P^+P₂ durch die Kapillare 6 entleert. Während dieser Zeitspanne entweicht auch das Gas, das durch das Ventil 22 und das Rotameter 19 mit einer stündlichen Menge von 50 bis 100 Liter einströmt, durch die Röhre 18, das Gefäß 13_f die Röhre 12 und die Kompensationsröhre 10 in das Reaktionsgefäß 3. Polglich werden etwa im Reaktionsgefäß auftretende Druckschwankungen während der Messung kompensierte

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In dem-Moment, wo die Meßzelle 1 geleert ist, fällt der Gasdruck in der Bohre 7 von Ph+Po auf p-, was die Flüssigkeit im Gefäß 13 rasoh in die Röhre 18 steigen läßt, worauf der elektrische Kontakt zwischen den Elektroden k, und k. wiederhergestellt wird» Nun wiederholt sich der vorstehend beschriebene Zyklus und gleichzeitig wird der Zeitschreiber abgeschaltet« Nach VTunsch kann mit Hilfe eines Zeitrelais ein veränderbares Intervall vorgesehen werden, nach dem ein neuer Meßzyklus begonnen wirdo

In dem abgewandelten Ausführungsbeispiel der Jig»2 sind gleiche Bezugsziffern für gleiche Teile, die in einer äquivalenz | ten Weise funktionieren, verwendet, um Wiederholungen der Beschreibung zu vermeiden·

In dieser Vorrichtung sind jedoch die Schaltelemente k^-k« und das Gefäß 11 durch einen auf eine Druckdifferenz ansprechenden Schalter 24 ersetzt und die Schaltelemente k^-k, und das Gefäß 13 durch die Kombination eines auf eine Druckdifferenz ansprechenden Schalters 25 und eines druckgeregel« ten Reduzierventils 26, Der Schalter 25 und das Reduzierven*« til 26 funktionieren äquivalent zu den Elektroden k~-k. im Gefäß 13· Das Reduzierventil 26 liefert einen Gasdruck P^+P₂ in die Röhre 20, wenn der Gasdruck in der Röhre 12 p.. ist» *

Sobald der Druck in der Röhre 20 von p-+p₂ auf p- abfällt aufgrund der Tatsache, daß die Meßkammer leer ist, ist das Ventil 26 nicht in der Lage, den zusätzlichen Druck p₂ zu. er zeugen, weil das Gas durch die Kapillare 6 entweicht«, Demzufolge schaltet der auf eine Druckdifferenz ansprechende Schalter 25, der mit den Solenoidventilen 14 und 9 verbunden ist, das Ventil 14 von der Stellung, in der d:i.e Eintrittes 1 und 0 . verbunden Bind., in die Stellung um, in dor die Mjabritte 1 avü. 2 verbunden sind, oow.ie da ο Ventil 9 voit dvr Stollur^, in

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der die Eintritte O und 1 verbunden sind, in die Stellung, in

der die Eintritte 1 und 2 verbunden sind. Als Eolge davon

erhöht das Ventil 26 den Druck in der Röhre 20 wieder von P₁ auf p.j+p₂.

Die auf eine Druckdifferenz ansprechenden Schalter 24 und 25 und das druokgeregelte Reduzierventil 26 sind im Handel erhältliche pneumatische Instrumente* -

In einer Variante des Ausführungsbeispieles der Pig#,2 (nicht dargestellt) entfällt das druckgeregelte Reduzierventil 26 und seine Punktion übernimmt die Kompensationsröhre 10. Hierzu wird diese Röhre weit genug verlängert, um den ia ihr herrschenden hydrostatischen Druck um einen Betrag steigen zu lassen, der gleich der Säule hg i& fig#1 ist»

In diesem Beispiel sind die Röhren 20 und 12 miteinander ver~ bunden, so daß während der Zeitspanne, in der die zu messen-· de Flüssigkeit aus der Meßkammer herausgepreßt wird, der Druck in den Röhren 20 und 12 der gleiche ist, nämlich P-j+p₂· Sobald das Gas durch die Kapillare 6 entweichen kann, well . die Meßkammer leer ist, sinkt der Druck in der Röhre 20 auf P^ und al& Polge davon betätigt der Schalter 25 den Steuer— kreia, um den nächsten Zyklus einzuleiten·

In dem in Pig.3 gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Schal tv ι !-richtungen für den Steuerkreis durch zwei leitfähig« keitsmeßeinrichtungen 24a und 25a ersetzt, die in der MeSzel- Ie Eingeordnet sind_o Diese Meßeinrichtungen erzeugen auf Änderungen der Leitfähigkeit von Null auf einen ineßbaren ¥ert hin elektrische Steuerimpulse. Das inerte Gas wird unter einem vorgegebenen Druck mit Hilfe eines Meßventils 16 eingeleitete Wenn die Vorrichtung außer Betrieb ist, sind die Bintr.lt·

to" 0 und 1 des ijolenoidventils 14 offen, go daß das &as durch die Kapillare 6 in die im ReaktionsgefiiS befindliche/ Ti'lüfls.i fikeit ent;v.¹ eicht. Wenn die Vorrichtung in Gang gesetzt

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wird* werden da e Eintritte 1 und 2 des Ventils 14 in. Verbindung gebracht, worauf die Meßζeile unter äem Einfluß der hydrostatischen Druckdi^farena zwischen den Auslässen der Kapillare 6 und der !Leitung 10a gefüllt wird. Wenn die flüssigkeit die leitfähigkeitsmeßeinrichtung 24a erreicht, erzeugt diese einen elektrischen Steuerimpuls, der den Zeitschreiber" einschaltet. Wenn der Flüssigkeitsspiegel in der Meßzelle 1a die Leitfähigkeitsmeßeinrichtung 25a erreicht, erzeugt diese einen elektrischen Steuerimpuls, der den Zeitschreiber stoppt und das Ventil·14 betätigt, um die Eintritte 1 und, 0 in Verbindung zu setzen. Als Folge davon wird die Meßzelle unter dem jüinfluß des Gasdruckes entleert. Sobald der Flüssigkeitsspiegel die Leitfähigkeitsraeßeinrichtung 24a passiert, wird das Ventil 14derart betätigt, daß wieder die Eintritte 1 und 2 miteinander verbunden werden* In diesem Moment beginnt ein nenex Meßzyklus·

Fig»4 seigt noch eine andere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Auch hier werden elektrische Impulse durch die Änderung der ^ *^ufähigkeit von Null auf einen meßbaren Wert und umgekehrt produziert. Das inerte G-as wird unter einem vorgegebenen Druck über ein Reduzierventil 16 eingeleitet. Wenn die Vorrichtung außer Betrieb ist, sind die Eintritte 1 und 2 des Solenoidventils 14 offen, so daß das Gas durch die Kapillare 6 in die im Beaktionsgefäß befindliche Flüssigkeii; entweicht· Wenn die Vorrichtung eingeschaltet wird, »ferden die Eintritte O und 1 in Verbindung gebracht, worauf si h die Meßzelle füllt. Wenn die Flüssigkeit die Leit~ fähigkeitsmeßeinrichtung 25a erreicht, erzeugt diese einen elektrischen Impuls, der das Ventil 14 betätigte Dies hat zur Folge, daß die Eintritte 1 und 2 miteinander verbunden werden und der Zeitschreiber in Gang gesetzt wird. Darauf preßt der Gasdruck in. der Meßzelle, die mit der Kompensationsröhre in Verbindung steht, die Flüssigkeit aus der Meßzelle durch die Kapillare· Venn der KLKaaigkeitsopiegel in der Meßseile

109840/0992 β» ο*«*«.

1a die Leitfähigkeitsmeßeinrichtung 24a erreicht, erzeugt diese wieder einen elektrischen Impuls mit Verzögerung, der den Zeitschreiber stoppt und ein verstellbares Zeitrelais betätigt, um den neuen Meßzyklus in Gang zu setzen.

Auch in dieser Ausführungsform können die Leitfähigkeitsmeßeinrichtungen 24a und 25a durch Kapazitätsmeßeinrichtungen ersetzt werden, die in einer äquivalenten Weise arbeiten.

Aus obiger Beschreibung geht hervor, daß das hierin beschriebene Kapillarviskosimeter zur Verwendung in Gefäßen für chemische und physikalische Prozesse geeignet ist und außerdem w Reihenmessungen möglich macht. Durch Messung der Zeit, die für das Herauspressen eines konstanten Flüssigkeitsvolumens, bestimmt durch die Abmessungen der Meßkammer, durch eine Kapillare bei einer eingestellten Druckdifferenz benötigt wird, kann man z.B. die Schmelzviskosität eines Kunststoffes in Sekunden und bei der im Rea*ktionsgefäß herrschenden Temperatur bestimmen. Die Schmelzviskosität ist die Viskosität des flüssigen Reaktionsproduktes bei der während der Polyme<~ risations- oder Kondensationsreaktion herrschenden erhöhten Temperature

Durch Eichen des Kapillarviskosimeters bei verschiedenen Temperaturen mit Flüssigkeiten bekannter Viskosität ist es auoh P möglich, die Viskosität in Poise auszudrücken· In der Regel ist es jedoch für die Steuerung eines Prozesses weniger wichtig, die absolute Viskosität zu kennen, als eine rasche und genaue vergleichende Information zu erhalten, ZoBo mit Hilfe der Zeitmessung, umso mehr als eine Messung der dynamischen oder kinematischen Viskosität von nioht-Newton-Flüssigkeiten nicht als adäquat für die Definition des gesamten Fließcharakters angesehen werden kann_e

Eine Bedingung für die praktische Verwendung der Vorrioh«·

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tung in der Darstellung von Kunststoffen, wo die Schmelzviskosität anstelle der Viskosität der lösung gemessen wird, ist das Vorhandensein einer engen Beziehung zwischen den beiden Formen. Wie bereits dargelegt, muß das Endprodukt in der Regel einen Viskositätsbereich, zeigen, der meist als die Viskosität einer Lösung des Produktes bei niedriger (Temperatur angegeben ist· Es hat sieh herausgestellt, daß bei jeder getesteten Kunststoffart die Schmelzviskosität entscheidend für die Viskosität der lösung ist, wie aus den unten beschriebenen Versuohen erhellt.

Während der Darstellung einer Anzahl von Alkydharzen und Polyester-Kunststoffen von unterschiedlicher Zusammensetzung und Kondensationstemperatur wurden aus dem Reaktionsgefäß KunstStoffproben entnommen. Diese Kunststoffproben mit wachsender Viskosität wurden in einem lösungsmittel auf eine bestimmte Konzentration verdünnt. Die Viskosität dieser Kunststofflösungen wurde mit einem sogenannten Blasenviskosimeter nach dem Prinzip von Gardner-Holdt bei 20⁰G durch Vergleich bestimmt» Zum Zeitpunkt der Probenentnahme wurde die Schmelzviskosität des Kunststoffes im Reservoir mit dem erfindungsgemäßen Kapillarviskosimeter bestimmt und in Sekunden der Ausflußzeit ausgedrückt. Die Ergebnisse der Alkydharze, des Polyesterkunststoffes und des Phenolharz-modifizierten Kunststoff esters der Tabelle I sind in Figo 5 graphisch aufge« zeichnet·

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Tabelle I

Nr. Kunststoffart

Kondensations tempera tür lösungsmittel

Konzentration des Kunststoffs im Lösungsmittel

1 Mittelöliges Lein- 23O^UC ö!-Alkydharz

Testbenzin

5Of₀

2 Mittelöliges Soja- 2.3O^UG bohnenöl-Alkydharz

3	Kurzöliges Alkydharz	Öl-	230	⁰C	Xylol
4	Langöliges Alkydharz	Sojaöl-	240	⁰C	Testbenzin

5Of₀

5 Langöliges Öl-Alkydharz auf Sonnenblumen- 240 C fettsäurenbasis

6 Kurzöliges Alkydharz 225 G Xylol

7 Polyester

210⁰C Xylol +
Butanol

8 Phenolharz-mod.
Kunststoffester

27O⁰C Toluol

55$

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Der fast gerade Verlauf der Kurven zeigt deutlich, daß eine enge Beziehung zwischen der Schmelzviskosität und der Lösungsviskosität während des Kondensationsprozesses besteht, in dessen Ablauf die Molekülgröße zunimmt.

Um die Reproduzierbarkeit verschiedener Kunststofftypen zu untersuchen, wurden einige Chargen des gleichen Alkydharzes hergestellt und die Beziehung zwischen der zuletzt gemessenen Schmelzviskosität bei der Endtemperatur des Kondensationsprozesses und der Lösungsviskosität des Endproduktes bei 20°.wurde bestimmt., Die Resultate dieser Tests sind in den Figo6 - 11 aufgezeichnete Jeder Punkt in einer Figur entspricht dem gemessenen Viskositätswert des Endproduktese Auch in diesen Fig· fällt der gerade Kurvenverlauf auf, der auf eine enge Beziehung zwischen der zuletzt bestimmten Sohmelzviskosität und der Lösungsviskosität ein und desselben Kunststofftyps hindeutet« Die Figo6, 7, 8 und 9 zeigen auch die gute Reproduzierbarkeit} eine fast gleiche Sohmelzviskosität der Endprodukte ein und desselben Kunststofftype gibt praktisch die gleiche Lösungsviskosität.

Heben der Darstellung der oben aufgezählten Kunststoffe kann die Erfindung auch für die Gewinnung anderer Produkte ange» wendet werden, beispielsweise Phenolharze, Kunststoffe auf Polyamid-, Polyvinyl-, Polyester- Polyurethan- und Akrylharz-Basis

Allgemein kann die Erfindung außer bei den aufgezählten Beispielen überall da verwendet werden, wo es wichtig ist, die Viskosität während der Darstellung von Zwischen- und Endprodukten unmittelbar in einem Reaktions-, Verdünnungs- oder Eindampfgefäß zu messen_e

Einige wichtige Voraussetzungen für genaue und reproduzier-

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bare Messungen der Viskosität in Reaktionsgefäßen mit den sogenannten Kapillarviskosimetern sind: Erstens eine sorgfältige Kontrolle der Temperatur der im Reaktionsgefäß befindlichen Flüssigkeit, da der Einfluß der Temperatur der zu messenden Flüssigkeit auf die Schmelzviskosität beträchtlich ist, weshalb die Abweichung maximal + 1,5 C betragen darf} zweitens muß die Flüssigkeitsmenge in der Meßzelle bei jeder Messung konstant sein; drittens muß die Druckdifferenz, unter der die Meßzelle gefüllt oder entleert wird, für jede Messung gleich sein; der hydrostatische Druok der Flüssigkeitssäule, vom Unterende der Kapillare bis zum ψ Flüssigkeitsspiegel gereohnet, und der Druok über der Flüssigkeitsoberfläche im Reaktionsgefäß sind in dem Gesamtdruok enthalten, mit dem die Meßzelle entleert oder gefüllt wird; viertens müssen die Abmessungen der Meßzelle, die Kapillare und der Druck so gewählt werden, daß die Strömung in der Kapillare während des Leerens oder Füllens der Meßzelle laminar bleibt; fünftens muß das Meßergebnis in irgendeiner Weise sichtbar gemacht werden, etwa mit Hilfe eines Zeitschreibers und/oder der Aufzeichnung auf einer Registriervorrichtung«

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Claims

— 17 mm

Ansprüohe

L/Vorrichtung zum Messen eier Viskosität eines fließfähigen Produktes in einem Reaktionsgefäß durch. Messen der Ausströmzeit einer vorgegebenen Menge des Produktes durch eine Kapillare, gekennzeichnet durch

a) eine Meßzelle (1), die mindestens teilweise in das in dem Reaktionsgefäß befindliche fließfähige Produkt eingetaucht ist und zu der eine Meßkammer (5) konstanten Volumens gehört, mit der die Kapillare (6) in Verbindung steht,

b) ein Leitungssystem zwischen einem Vorrat eines inerten Gases unter einem vorgegebenen Druok und der Meßzelle, das das Gas durch die Meßzelle zirkulieren läßt und mit Elementen (9, 14-) versehen ist, um die Strömungsriohtung des in ihm geführten Gases umzukehren von einem Füllzyklus, in dem das Gas Flüssigkeit aus dem Reaktionsgefäß in die Meßkammer drückt, zu einem Entleerzyklus, in dem das Gas die Flüssigkeit aus der Meßkammer durch die Kapillare herauspreßt, und wieder zurück,

c)eine elektrische Steuerung zur Betätigung der die Strömungsriohtung umkehrenden Elemente, die Teile (11, k-, kg, 13, k~, k., 24, 25, 26) zum Erzeugen elektrisoher Steuerimpulse am Beginn und am Ende des Entleer- oder Füllzyklus aufweist, und

d) eine auf die elektrischen Impulse ansprechende zeitregistrierende Einrichtung, die die zwischen dem Beginn und dem Ende des Zyklus verstrichene Zeit aufzeichnet·

2» Vorrichtung naoh Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Leitungssystem eine erste Röhre (8) aufweist, die in

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den Raum über der Meßkammer mündet, sowie eine zweite Röhre (7)» die in die Meßkammer an deren oberem Ende hineinreicht, und eine dritte Röhre (10), die in der Nähe der Kapillare (6) mündet, und daß im Füllzyklus das Gas duroh die erste Röhre (8), in den Raum über der Meßkammer und über die zweite Röhre (7) wieder herausströmt, bis das fließfähige Produkt die Meßkammer so weit gefüllt hat, daß es die Mündung der zweiten Röhre (7) sperrt, und daß im Entleerzyklus das Gas aus der zweiten Röhre (7) in die Meßkammer einströmend das fließfähige Produkt durch die Kapillare (6) herausdrückte

5· Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Steuerung die zeitregistrierende Einrichtung einschaltet und die Elemente zur Umkehr der Strömungsrichtung betätigt, sobald das fließfähige Produkt die zweite Röhre (7) blockiert, und die zeitregistrierende Einrichtung auf den Abfall des Gasdruckes in der Meßzelle hin in dem Moment, wo das fließfähige Produkt vollständig aus der Meßkammer durch die nach unten anschliessende Kapillare herausgepreßt ist, wieder ausschaltet·

4· Vorrichtung naoh einem der vorangehenden Ansprüche.«, da— ^ durch gekennzeichnet, daß die elektrische Steuerung ein ZeitverzögerungBrelais für die nachfolgende Zufuhr des inerten Gases bei einem niedrigeren als dem erwähnten vor* gegebenen Druck in das Leitungssystem zum: Füllern der Meßkammer enthält«

5· Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüohe 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Steuerung eine Schaltvorrichtung zum Einschalten der seitregiatrierenden Einrichtung aufweist, die ein mit den Leitungssystem in Verbindung stehendes Gefäß (11) umfaßt, das eine elektrisch leitend· Flüssigkeit enthält und in dem

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zwei Elektroden (k^, kg) auf unterschiedlicher Höhe angebracht sind derart, daß der Spiegel der leitenden !Flüssigkeit in dem Gefäß durch den im Leitungssystem beim Blockieren der zweiten Röhre (7) ansteigenden Druck herabgedrückt wird und dadurch der elektrische Kontakt zwischen den Elektroden unterbrochen wirdo

6. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Steuerung eine Sohaltvorrichtung zum Ausschalten der zeitregistrierenden Einrichtung aufweist, die ein eine elektrisch leitende Flüssigkeit enthaltendes Gefäß (13) umfaßt, in dem zwei Elektroden (k*, k.) auf unterschiedlicher Höhe angebracht sind und das mit der zweiten Röhre (7) in Verbindung steht, wobei der Flüssigkeitsspiegel in dem Gefäß normalerweise so weit herabgedrückt ist, daß der elektrische Eontakt zwischen den Elektroden unter dem Druck des der dritten Röhre (10) zugeführten Gases unterbrochen ist, aber bei einem Druckabfall in dem Moment, wo das gesamt fließfähige Produkt aus der Meßkammer herausgepreßt ist, so weit ansteigt, daß der elektrische Kontakt zwischen den Elektroden hergestellt wirdo

7· Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein die Meßzelle umgebendes Tauchrohr (2), das mindestens teilweise in das im Reaktionsgefäß befindliche fließfähige Produkt eintaucht und über die Kapillare (6) hinausreioht und das mit Schlitzen (4) zur Zirkulation des Produktes durch das Tauohrohr versehen ist·

8· Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Steuerung eine Schaltvorrichtung zum Einschalten der aeitregistrierenden Einrichtung aufweist, die aus einem auf einen Druckunter-

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schied ansprechenden Schalter (24) besteht, der von dem Druckanstieg betätigt wird, welcher in dem Leitungssystem auftritt, wenn die zweite Röhre (7) gesperrt wird.

Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4 und 7 bis

8, gekennzeichnet durch ein druokgeregeltes Reduzierventil (26) zum Herauspressen des fließfähigen Produktes aus der Meßkammer unter einem konstanten Überdruck

und durch eine zur elektrischen Steuerung gehörige Schaltvorrichtung zum Ausschalten der zeitregistrieren-' den Einrichtung, die aus einem auf einen Druckunterschied ansprechenden Sohalter (25) besteht, der von dem Druokabfall betätigt wird, welcher in dem Leitungssystem auftritt, wenn das fließfähige Produkt vollständig aus der Meßkammer herausgepreßt ist.

10. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche 2 bis

9, dadurch gekennzeichnet, daß die dritte Röhre (10) auf der gleichen Höhe wie die Kapillare endet (Fig.1).

11. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die dritte Röhre (10) ein Stück weit unterhalb der

ψ Kapillare endet und daß die elektrische Steuerung eine Schaltvorrichtung zum Ausschalten der zeitregistrieren« den Einrichtung aufweist, die aus einem auf einen Druckunterschied ansprechenden Sohalter besteht, der durch den Druckabfall im Leitungssystem betätigt wird, welcher auftritt, wenn das fließfähige Produkt vollständig aus der Meßkammer herausgepreßt ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Leitungssystem eine erste Leitung zwisohen dem Gasvorrat und der Meßzelle aufweist, die eine Auslaßöff-

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nung in dem oberen lnde der Meßzelle hat und in der ein Dreiwegventil (14) liegt, ferner eine zweite, an das Dreiwegventil angeschlossene Leitung (10a), die unter dem !Flüssigkeitsspiegel in dem Reaktionsgefäß neben der Meßzelle und ein Stück oberhalb der Kapillare mündet, und daß in der Meßzelle zwei Leitfähigkeitsmeßeinrichtungen (24a, 25a) auf unterschiedlicher Höhe, aber beide unterhalb der Mündung der zweiten Leitung angebracht sind, die die zeitregistrierende Einrichtung ein- und ausschalten, wenn das fließfähige Produkt in der Meßzelle nacheinander die tiefer gelegene und die höher gelegene Leitfähigkeitsmeßeinrichtung erreicht (Pig.3).

13. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Leitungssystem eine erste Leitung zwischen dem G-asvorrat und der Meßzelle aufweist, die eine Auslaßöffnung in dem oberen Ende der Meßζeile hat und in der ein Dreiwegventil (14) liegt, ferner eine zweite, an das Dreiwegventil angeschlossene Leitung, die unter dem flüssigkeitsspiegel im Reaktionsgefäß neben der Meßzelle und ein Stück oberhalb der Kapillare mündet, und dafl in der Meßzelle zwei elektrische Kapazitätsmeßeinriohtungen auf unterschiedlicher Höhe, aber beide unterhalb der Mündung der zweiten Leitung angebracht sind, die die SSeitregistrierende Einrichtung ein*- und ausschalten, wenn das fließfähige Produkt in der Meßzelle naoheinander die tiefer gelegene und die höher gelegene Kapazität smeß einrichtung erreicht.

14· Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Leitungssystem eine Zuleitung (10a) für das inerte ö-as unter einem vorgegebenen Druok aufweist, deren Auslaß in dem fließfähigen Produkt im Reaktionsge«

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faß auf einer Höhe wesentlich unterhalb der Kapillare liegt, sowie eine erste Leitung, die über ein Dreiwegventil (14) eine Abzweigung der Gaszuleitung mit dem oberen Ende der Meßzelle verbindet, und daß in der Meßzelle zwei Leitfähigkeitsmeßeinrichtungen (24a, 25a) auf unterschiedlicher Höhe angebracht sind, von denen die höher gelegene die zeitregistrierende Einrichtung einschaltet, wenn das in der Meßzelle ansteigende fließfähige Produkt sie erreicht, während die tiefer gelegene die zeitregistrierende Einrichtung abschaltet, wenn das fließfähige Produkt, das aus der Meßzelle herausgepreßt wird, sie erreicht (?ig_o4)·

15. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Leitungssystem eine Zuleitung (1Oa) für das inerte Gas unter einem vorgegebenen Druck aufweist, deren Auslaß in dem fließfähigen Produkt im Reaktionsgefäß auf einer Höhe wesentlich unterhalb der Kapillare liegt, sowie eine erste Leitung, die über ein Dreiwegventil (14) eine Abzweigung der Gaszuleitung mit dem oberen Ende der Meßzelle verbindet, und daß in der Meßzelle zwei elektrische Kapazitätsmeßeinrichtungen auf unterschiedlicher Höhe angebracht sind, von denen die höher k gelegene die zeitregistrierende Einrichtung einschaltet, ■* wenn das in der Meßzelle ansteigende fließfähige Produkt sie erreicht, während die tiefer gelegene die zeitregistrierende Einrichtung abschaltet, wenn das fließfähige Produkt, während es aus der Meßzelle herausgepreßt wird, sie erreicht.

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