專利名稱：一種環(huán)氧樹脂基凝膠制備過程中超聲波監(jiān)測的裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種環(huán)氧樹脂基凝膠制備過程中超聲波監(jiān)測的裝置和相關(guān)監(jiān)測方法， 可以用于聚合物凝膠多孔材料的制備過程中超聲波監(jiān)測，尤其涉及環(huán)氧樹脂基微/納孔 凝膠的制備過程中相分離點的聲波監(jiān)測。
背景技術(shù)：
近年來，聚合物微孔材料的制備技術(shù)得到了長足發(fā)展，已經(jīng)開發(fā)出多種能夠在聚合 物基體中產(chǎn)生微觀孔洞的成型工藝和方法，如相分離法、拉伸法、核徑跡法、燒結(jié)法、 熱分解法、懸浮聚合法、大分子結(jié)構(gòu)模板法、膠態(tài)晶體模板法、微發(fā)泡技術(shù)等等，采用 這些方法制備的材料由于其特殊的微觀孔結(jié)構(gòu)，在很多領(lǐng)域具有非常重要的應(yīng)用，包括 絕緣隔熱材料、包裝材料、控制釋放材料、骨骼替代材料、色譜整體柱材料等方面，成 為很多領(lǐng)域不可或缺的重要功能性材料。中國專利CN200510061580.6提供了一種環(huán)氧 樹脂基微米至納米級孔的凝膠的制備方法，它具有制備條件簡單溫和，孔徑可調(diào)，可重 復(fù)性好，綠色環(huán)保等的特點。
由于這是一種介于溶液聚合與沉淀聚合之間的新的聚合方式，既具有有相分離現(xiàn) 象，又不能有沉淀產(chǎn)生，因此，如何通過有效的監(jiān)測方法尋找相分離點，控制相分離程 度成為是制備的關(guān)鍵。
相分離過程實際上是介質(zhì)的非均一化過程，在高分子稀溶液中，聚合物鏈的運動通 常采用光散射的方法進(jìn)行研究，但是在濃溶液中，特別是在有明顯相分離的情況下，光 的散射過分強烈，以至于無法透過；另一方面，光散射方法對外界的干擾什么敏感，容 易造成極大的誤差，因此，光散射方法就不適合于研究聚合過程中的相分離行為。
超聲波跟蹤是近年來發(fā)展起來的一種新的非接觸性探測技術(shù)，它具有方便快捷、安 全環(huán)保、適應(yīng)性強、靈敏度高和成本低廉的特點，目前已經(jīng)被用于某些化工過程的在線 監(jiān)控，例如，原油管道輸送的油品特性監(jiān)測等。
但是未見在涉及化學(xué)反應(yīng)的相分離過程中進(jìn)行超聲波監(jiān)測應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的首要技術(shù)問題是針對現(xiàn)有背景技術(shù)而提供一種環(huán)氧樹脂基凝膠 制備過程中超聲波監(jiān)測的裝置,其使用方便快捷，安全環(huán)保，適應(yīng)性強，靈敏度高和成 本低廉優(yōu)點，可以在線監(jiān)測聚合物凝膠多孔材料的制備過程，通過超聲波在介質(zhì)傳播中 發(fā)生的超聲波信號參數(shù)的變化規(guī)律，實現(xiàn)聚合物凝膠多孔材料在制備過程中相分離的在 線監(jiān)測，為從科學(xué)的原理上指導(dǎo)相分離聚合過程的外部控制奠定理論基礎(chǔ)。
本發(fā)明所要解決的另一個技術(shù)問題是針對現(xiàn)有背景技術(shù)而提供一種環(huán)氧樹脂基凝 膠制備過程中超聲波監(jiān)測的方法，其使用方便快捷，安全環(huán)保，適應(yīng)性強，靈敏度高和 成本低廉優(yōu)點，可以在線監(jiān)測聚合物凝膠多孔材料的制備過程，通過超聲波在介質(zhì)傳播 中發(fā)生的超聲波信號參數(shù)的變化規(guī)律，實現(xiàn)聚合物凝膠多孔材料在制備過程中相分離的 在線監(jiān)測，為從科學(xué)的原理上指導(dǎo)相分離聚合過程的外部控制奠定理論基礎(chǔ)。
本發(fā)明解決上述首要技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案為 一種環(huán)氧樹脂基凝膠制備過程 中超聲波監(jiān)測的裝置，其特征在于它包括超聲波發(fā)射裝置、超聲波接收裝置、信號采集 裝置、信號處理裝置，其中超聲波發(fā)射裝置和超聲波接收裝置至少位于分子反應(yīng)器的附 近并相互配合，使超聲波接收裝置接收到超聲波發(fā)射裝置發(fā)出的并透過分子反應(yīng)器的超 聲波信號，超聲波接收裝置將信號輸出連接到信號采集裝置，信號采集裝置輸出相關(guān)信 號輸送連接到信號處理裝置。
作為改進(jìn)，所述的超聲波接收裝置將信號輸出經(jīng)過功率放大裝置進(jìn)行放大，再連接 到信號采集裝置，以提高裝置的靈敏性，防止信號衰減。
進(jìn)一步改進(jìn)，所述的超聲波發(fā)射裝置、超聲波接收裝置設(shè)置在分子反應(yīng)器壁面處， 并做成收發(fā)一體式的，便于在實際過程中應(yīng)用。
進(jìn)一步改進(jìn)，所述的超聲波發(fā)射裝置和超聲波接收裝置帶有一個或多個超聲波傳感 器，以擴大使用范圍。
優(yōu)選，所述的超聲波發(fā)射裝置和超聲波接收裝置其超聲波信號的發(fā)射和接收頻率范
圍為20kHz 20MHz。超聲波信號的發(fā)射和接收頻率最佳范圍為100kHz 5MHz。
本發(fā)明解決上述另一個技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案為 一種環(huán)氧樹脂基凝膠制備過 程中超聲波監(jiān)測的方法，其特征在于-
裝置為包括超聲波發(fā)射裝置、超聲波接收裝置、信號釆集裝置、信號處理裝置，其 中超聲波發(fā)射裝置和超聲波接收裝置至少位于分子反應(yīng)器的附近并相互配合，使超聲波 接收裝置接收到超聲波發(fā)射裝置發(fā)出的并透過分子反應(yīng)器的超聲波信號，超聲波接收裝 置將信號輸出連接到信號采集裝置，信號采集裝置輸出相關(guān)信號輸送連接到信號處理裝 置；
測試步驟依次為
a、 通過調(diào)節(jié)超聲波發(fā)射裝置，向凝膠制備反應(yīng)器內(nèi)部發(fā)射頻率為/，功率為^的 超聲波；
b、 超聲波接收裝置接收凝膠制備反應(yīng)器反應(yīng)過程中超聲波信號的變化；
c、 信號處理裝置分析接收到的超聲波發(fā)射信號，選取超聲波信號的頻率/、振幅A 能量&聲速F或者四者之間的組合參數(shù)作為超聲波特征值；
d、 通過超聲波特征值的變化在線監(jiān)測環(huán)氧樹脂基凝膠制備過程。
有益的是，所述的超聲波特征值的變化在線監(jiān)測環(huán)氧樹脂基凝膠制備過程特別是指 相分離點形成過程。
非常有益的是，所述的監(jiān)測是通過凝膠制備過程中超聲波信號的頻率/、振幅A 能量&聲速F的變化定性分析凝膠制備反應(yīng)過程中凝膠生成過程、相分離點形成過程 和反應(yīng)程度。
非常有益的是，所述的監(jiān)測是通過凝膠制備過程中超聲波信號的頻率/、振幅A 能量A聲速F的變化以及四者之間的組合特征值的變化規(guī)律定量分析凝膠制備反應(yīng)過 程中凝膠生成過程、相分離點形成過程和反應(yīng)程度，并根據(jù)分析結(jié)果進(jìn)行相分離點的控制。
最后，所述的凝膠制備過程為先將環(huán)氧樹脂與胺類以一定的重量比在聚乙二醇介
質(zhì)中溶解，得到澄清溶液，然后在45-60。C溫度下聚合4小時以上，溶液粘度不斷增大， 逐漸出現(xiàn)相分離現(xiàn)象，形成白色凝膠，最后固化成塊，將固體放入水中，聚乙二醇溶解 并得以除去，形成了微米至納米級孔型凝膠。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明優(yōu)點在于提出了一種超聲波監(jiān)測環(huán)氧樹脂基凝膠制備反
應(yīng)器的裝置和方法，首次嘗試應(yīng)用現(xiàn)代高速聲波跟蹤的方法原位在線監(jiān)測聚合反應(yīng)中的 相分離過程，通過超聲波在介質(zhì)傳播中發(fā)生的超聲波信號的頻率/、振幅力、能量A 聲速K的變化以及四者之間的組合特征值的變化規(guī)律，實現(xiàn)相分離過程的在線監(jiān)測，從 科學(xué)的原理上指導(dǎo)相分離聚合過程的外部控制。實際使用情況證明本發(fā)明具有敏感、安 全環(huán)保、簡易快捷等特點，在實踐中對凝膠反應(yīng)器內(nèi)部信息(凝膠生成過程、相分離點 形成過程和反應(yīng)程度等)能及時準(zhǔn)確的在線分析，并通過分析結(jié)果對相分離聚合過程實 現(xiàn)外部控制，具有重要的實用價值。
具體地闡述，本發(fā)明的裝置和技術(shù)與現(xiàn)有的裝置技術(shù)相比有如下一些優(yōu)點
1) 對于相分離過程的監(jiān)測非常靈敏，能夠隨著反應(yīng)系統(tǒng)的變化在特征量出現(xiàn)較大 變化甚至突變，并且對這些變化存在空間或時間上的高敏感性。
2) 超聲波監(jiān)測裝置是非插入式的，安裝時候只要直接固定于凝膠制備反應(yīng)器壁面上就可以了，簡易方便，因此不會影響凝膠制備反應(yīng)器內(nèi)部的流場，對系統(tǒng)內(nèi)部的流動 和反應(yīng)不會造成影響。
3) 是一種安全、綠色環(huán)保的方法，對人體無害。
4) 更為主要的是超聲波信號能很好地替代現(xiàn)有的光散射監(jiān)測方法，是因為其具有 對環(huán)境依賴性小的特點，受外部的干擾小。


圖1是本發(fā)明使用的環(huán)氧樹脂基凝膠制備過程的反應(yīng)裝置；
圖2a是本發(fā)明使用的環(huán)氧樹脂基凝膠制備過程的超聲波監(jiān)測裝置；
圖2b是本發(fā)明使用的環(huán)氧樹脂基凝膠制備過程的超聲波監(jiān)測裝置；
圖3是運用本發(fā)明環(huán)氧樹脂基凝膠制備過程聲速隨時間的變化圖4是運用本發(fā)明環(huán)氧樹脂基凝膠制備過程超聲衰減比隨時間的變化圖。
具體實施例方式
以下結(jié)合附圖實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。
如圖2a、 b所示意， 一種環(huán)氧樹脂基凝膠制備過程中超聲波監(jiān)測的裝置，其包括超 聲波發(fā)射裝置l、超聲波接收裝置2、功率放大裝置3、信號采集裝置4、信號處理裝置 5,其中超聲波發(fā)射裝置1和超聲波接收裝置2至少位于分子反應(yīng)器的附近并相互配合， 使超聲波接收裝置2接收到超聲波發(fā)射裝置1發(fā)出的并透過分子反應(yīng)器的超聲波信號， 超聲波接收裝置2將信號輸出，經(jīng)過功率放大裝置3進(jìn)行放大，再將信號輸出連接到信 號采集裝置4，信號采集裝置4輸出相關(guān)信號輸送連接到信號處理裝置5。本實施例子 中，信號采集裝置4主要是實現(xiàn)A/D信號轉(zhuǎn)換裝置，而信號處理裝置5是計算機進(jìn)行數(shù) 據(jù)分析和處理、存儲。并且超聲波發(fā)射裝置1和超聲波接收裝置2可以帶有一個或多個 超聲波傳感器。超聲波發(fā)射裝置l、超聲波接收裝置2設(shè)置在分子反應(yīng)器壁面處，并做 成收發(fā)一體式的。
其方法包括以下依次步驟
a、 通過調(diào)節(jié)超聲波發(fā)射裝置，向凝膠制備反應(yīng)器內(nèi)部發(fā)射頻率為/，功率為『的 超聲波；
b、 超聲波接收裝置接收凝膠制備反應(yīng)器反應(yīng)過程中超聲波信號的變化；
c、 信號處理裝置分析接收到的聲發(fā)射信號，選取超聲波信號的頻率/、振幅A能 量f、聲速K或者四者之間的組合參數(shù)作為超聲波特征值；
d、 通過超聲波特征值的變化在線監(jiān)測環(huán)氧樹脂基凝膠制備過程。
其超聲波發(fā)射和接收裝置為一個或多個超聲波傳感器，并包括一個或多個發(fā)射源、 功率放大裝置和信號采集裝置。超聲波信號的發(fā)射和接收頻率范圍為20 kHz 20 MHz， 其中超聲波信號的發(fā)射和接收頻率范圍在100 kHz 5 MHz為佳。超聲波接收和發(fā)射裝 置位置為凝膠制備反應(yīng)器外壁的任何位置。環(huán)氧樹脂基凝膠制備過程超聲波監(jiān)測的方法 通過凝膠制備過程中超聲波信號的頻率/、振幅A能量A聲速^的變化定性分析凝 膠制備反應(yīng)過程中凝膠生成過程、相分離點形成過程和反應(yīng)程度。通過凝膠制備過程中 超聲波信號的頻率/、振幅A能量A聲速「的變化以及四者之間的組合特征值的變 化規(guī)律定量分析凝膠制備反應(yīng)過程中凝膠生成過程、相分離點形成過程和反應(yīng)程度，并 根據(jù)分析結(jié)果進(jìn)行相分離點的控制。
環(huán)氧樹脂基凝膠制備過程為先將環(huán)氧樹脂與胺類以一定的重量比在聚乙二醇介質(zhì) 中溶解，得到澄清溶液，然后在45-60。C溫度下聚合4小時以上，溶液粘度不斷增大， 逐漸出現(xiàn)相分離現(xiàn)象，形成白色凝膠，最后固化成塊，將固體放入水中，聚乙二醇溶解 并得以除去，形成了微米至納米級孔型凝膠。
在如圖1所示的環(huán)氧樹脂基凝膠制備反應(yīng)器裝置中，通過設(shè)置在凝膠制備反應(yīng)器壁 面處的超聲波發(fā)射裝置(傳感器)發(fā)射超聲波信號，并通過收發(fā)一體式的超聲波接收裝 置接收通過環(huán)氧樹脂基凝膠制備反應(yīng)器后的超聲波信號，進(jìn)入如圖2所示的超聲波監(jiān)測 裝置，在超聲波監(jiān)測裝置中，通過傳感器接受功率放大裝置進(jìn)行信號的放大以保證在長 距離內(nèi)信號不衰減，然后進(jìn)入超聲波信號采集裝置進(jìn)行信號的A/D轉(zhuǎn)換，最后進(jìn)入超聲 波信號處理裝置(計算機)進(jìn)行處理和分析。
經(jīng)典的超聲波理論認(rèn)為超聲波信號的頻率/、振幅力、能量&聲速K在不同的 相態(tài)中差別很大，即使是同一相態(tài)，由于物質(zhì)組成的不同，上述的參數(shù)也有所不同。例 如在常溫常壓下，甲醇、乙醇、正丙基、正丁基內(nèi)的聲速分別為1121m/s、 1162ra/s、 1223m/s、 1258m/s。而在常溫常壓下，有機玻璃、聚苯乙烯、聚乙烯內(nèi)的聲速分別為 2680m/s、 2350m/s、 1950m/s。 一般超聲在固液混合物中傳播時，聲速是介于在液體中 傳播和固體中傳播的速度。
通過上述原理，采用超聲波信號的頻率/、振幅A能量&聲速K的變化以及四 者之間的組合特征值的變化規(guī)律可定量分析凝膠制備反應(yīng)過程中凝膠生成過程、相分離 點形成過程和反應(yīng)程度，并根據(jù)分析結(jié)果實現(xiàn)相分離點的控制。
應(yīng)用實施例1
10克環(huán)氧樹脂與2. 5克二乙烯三胺在25克聚乙二醇1000介質(zhì)中溶解，得到澄清溶
液，在50°C聚合至少4小時，溶液粘度不斷增大，然后逐漸出現(xiàn)相分離現(xiàn)象，形成白 色凝膠，最后固化成塊，將固體放入水中，聚乙二醇溶解并除去，形成微孔凝膠。
采用超聲速度的方法進(jìn)行在線監(jiān)測，如圖3所示，發(fā)現(xiàn)隨著時間的變化，超聲速度 先保持不變，當(dāng)反應(yīng)器中出現(xiàn)白色凝膠時(反應(yīng)時間為4小時)，相分離現(xiàn)象出現(xiàn)，超 聲速度開始急劇上升，當(dāng)反應(yīng)器中完全固化成塊時(反應(yīng)時間為10小時)，超聲速度達(dá) 到最大，并保持基本不變。
應(yīng)用實施例2
環(huán)氧樹脂的童量為10克，二乙烯三胺的重量為2.5克，10wt%LiCl/PEG400重量為 25克，其余條件及操作與實施例l相同，獲得微孔凝膠，
采用超聲速度的方法進(jìn)行在線監(jiān)測，如圖4所示，發(fā)現(xiàn)隨著時間的變化，超聲的衰 減比《//2 (衰減與頻率的平方的比值)先保持不變，當(dāng)反應(yīng)器中出現(xiàn)白色凝膠時(反 應(yīng)時間為4小時)，相分離現(xiàn)象出現(xiàn)，超聲的衰減比開始急劇上升后急劇下降，當(dāng)反應(yīng) 器中完全固化成塊時(反應(yīng)時間為IO小時)，超聲的衰減比達(dá)到最小，并保持基本不變。
權(quán)利要求
1、一種環(huán)氧樹脂基凝膠制備過程中超聲波監(jiān)測的裝置，其特征在于它包括超聲波發(fā)射裝置(1)、超聲波接收裝置(2)、信號采集裝置(4)、信號處理裝置(5)，其中超聲波發(fā)射裝置(1)和超聲波接收裝置(2)至少位于分子反應(yīng)器的附近并相互配合，使超聲波接收裝置(2)接收到超聲波發(fā)射裝置(1)發(fā)出的并透過分子反應(yīng)器的超聲波信號，超聲波接收裝置(2)將信號輸出連接到信號采集裝置(4)，信號采集裝置(4)輸出相關(guān)信號輸送連接到信號處理裝置(5)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的環(huán)氧樹脂基凝膠制備過程中超聲波監(jiān)測的裝置，其特征 在于所述的超聲波接收裝置(2)將信號輸出經(jīng)過功率放大裝置(3)進(jìn)行放大，再連接 到信號采集裝置(4)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的環(huán)氧樹脂基凝膠制備過程中超聲波監(jiān)測的裝置，其 特征在于所述的超聲波發(fā)射裝置(1)、超聲波接收裝置(2)設(shè)置在分子反應(yīng)器壁面處， 并做成收發(fā)一體式的。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的環(huán)氧樹脂基凝膠制備過程中超聲波監(jiān)測的裝置，其 特征在于所述的超聲波發(fā)射裝置(1)和超聲波接收裝置(2)帶有一個或多個超聲波傳 感器。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的環(huán)氧樹脂基凝膠制備過程中超聲波監(jiān)測的裝置，其 特征在于所述的超聲波發(fā)射裝置(1)和超聲波接收裝置(2)其超聲波信號的發(fā)射和接 收頻率范圍為20kHz 20MHz。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的環(huán)氧樹脂基凝膠制備過程中超聲波監(jiān)測的裝置，其特征在于超聲波信號的發(fā)射和接收頻率范圍為100kHz 5MHz。
7、 一種環(huán)氧樹脂基凝膠制備過程中超聲波監(jiān)測的方法，其特征在于 裝置為包括超聲波發(fā)射裝置(1)、超聲波接收裝置(2)、信號采集裝置(4)、信號處理裝置(5)，其中超聲波發(fā)射裝置(1)和超聲波接收裝置(2)至少位于分子反應(yīng)器 的附近并相互配合，使超聲波接收裝置(2)接收到超聲波發(fā)射裝置(1)發(fā)出的并透過 分子反應(yīng)器的超聲波信號，超聲波接收裝置(2)將信號輸出連接到信號采集裝置(4)， 信號采集裝置(4)輸出相關(guān)信號輸送連接到信號處理裝置(5); 測試步驟依次為a、 通過調(diào)節(jié)超聲波發(fā)射裝置，向凝膠制備反應(yīng)器內(nèi)部發(fā)射頻率為/，功率為『的 超聲波；b、 超聲波接收裝置(2)接收凝膠制備反應(yīng)器反應(yīng)過程中超聲波信號的變化； C、信號處理裝置(5)分析接收到的超聲波發(fā)射信號，選取超聲波信號的頻率/、 振幅A能量A、聲速K或者四者之間的組合參數(shù)作為超聲波特征值； d、通過超聲波特征值的變化在線監(jiān)測環(huán)氧樹脂基凝膠制備過程。
8、 根據(jù)權(quán)利要求7所述的環(huán)氧樹脂基凝膠制備過程中超聲波監(jiān)測的方法，其特征 在于所述的超聲波特征值的變化在線監(jiān)測環(huán)氧樹脂基凝膠制備過程特別是指相分離點 形成過程。
9、 根據(jù)權(quán)利要求8所述的環(huán)氧樹脂基凝膠制備過程中超聲波監(jiān)測的方法，其特征 在于所述的監(jiān)測是通過凝膠制備過程中超聲波信號的頻率/、振幅A能量A聲速Z 的變化定性分析凝膠制備反應(yīng)過程中凝膠生成過程、相分離點形成過程和反應(yīng)程度。
10、 根據(jù)權(quán)利要求8所述的環(huán)氧樹脂基凝膠制備過程中超聲波監(jiān)測的方法，其特征 在于所述的監(jiān)測是通過凝膠制備過程中超聲波信號的頻率/、振幅水能量A聲速K 的變化以及四者之間的組合特征值的變化規(guī)律定量分析凝膠制備反應(yīng)過程中凝膠生成 過程、相分離點形成過程和反應(yīng)程度，并根據(jù)分析結(jié)果進(jìn)行相分離點的控制。
11、 根據(jù)權(quán)利要求7至10任意一項權(quán)利要求所述的環(huán)氧樹脂基凝膠制備過程中超聲波監(jiān)測的方法，其特征在于所述的凝膠制備過程為先將環(huán)氧樹脂與胺類以一定的重量比在聚乙二醇介質(zhì)中溶解，得到澄清溶液，然后在45-60。C溫度下聚合4小時以上， 溶液粘度不斷增大，逐漸出現(xiàn)相分離現(xiàn)象，形成白色凝膠，最后固化成塊，將固體放入 水中，聚乙二醇溶解并得以除去，形成了微米至納米級孔型凝膠。
全文摘要
一種用于環(huán)氧樹脂基凝膠制備過程中超聲波監(jiān)測的裝置和方法，它包括凝膠制備反應(yīng)器上的超聲波發(fā)射源、超聲波發(fā)射和接收裝置、功率放大裝置、信號采集裝置、信號處理裝置，發(fā)射并接收通過凝膠反應(yīng)器的超聲波信號，選取超聲波信號的頻率f、振幅A、能量E、聲速V或者四者之間的組合參數(shù)作為超聲波特征值，由特征值的變化分析凝膠制備反應(yīng)過程中凝膠生成過程、相分離點形成過程和反應(yīng)程度，并根據(jù)分析結(jié)果進(jìn)行相分離點的控制。從而解決了環(huán)氧樹脂基凝膠制備過程中相分離點難以控制的問題。
文檔編號C08J3/075GK101349675SQ200710070070
公開日2009年1月21日 申請日期2007年7月18日 優(yōu)先權(quán)日2007年7月18日
發(fā)明者侯琳熙, 寧 干, 邃 王 申請人:寧波大學(xué)