超临界CO2在PC/PMMA共混物中溶解量的研究(6)
2. 2 实验部分
2.2.1 实验原料
聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA），牌号：ACRYLIC AESIN；
聚碳酸酯（PC）3026B-L1，牌号：1IB吹冰0。
2.2.2 实验仪器
超临界二氧化碳泵送系统，分析天平，恒温水浴槽、高速混合器。
2.2.3 实验过程
二氧化碳在PMMA、PC的共混物中的吸收和扩散的研究方法如下：将PMMA与PC按照配方称重并干燥后放入高速混合机中进行混合造粒。将已称重的混合后的PMMA、PC共混物实验试样放在高压釜中，并由超临界二氧化碳泵送系统将二氧化碳输入高压釜内达到预定的压力后停止，再取下高压釜检验其气密性，在气密性完好的条件下将高压釜放入已达到设定温度的恒温水浴槽中进行恒定条件下二氧化碳在聚合物中的定时吸附，并记下开始时间。在吸附时间达到设定时间后，快速卸压(10s左右)，并迅速取出实验试样放于分析天平上测量重量25min，记录随着时间增加，样品质量因解吸附而减少的过程。开始5min内每10s记一次，5min-15min时每20s记一次，15min-25min时每30s记一次。本实验所用的温度为50℃、70℃，实验压力为20MPa。
2. 3 结果与讨论
根据Fick扩散第二定律，可对CO2吸附实验数据进行分析，但需要做一些假设：（1）、聚合物的溶胀程度对Fick第二定律的影响不大。即Fick第二定律成立；（2）、扩散系数与气体浓度无关；（3）、气体在聚合物样品中的扩散为一文扩散；（4）、样品的尺寸在整个扩散过程不变。通过这些假设，我们可以得到估算溶解度的公式[31]如下：
=1- （2-1）
式中（2-1）中：
Mt——时间t时二氧化碳的质量分数q。q等于二氧化碳重量与聚合物重量之比，q=（md-m0）/m0。其中m0是吸附前样品的质量，md是解吸附开始时刻的样品质量，同时也是某一吸附时间段结束时样品重量
M∞——样品长时间对CO2充分吸附后的质量分数，此时聚合物对CO2的吸附已达到饱和
L——聚合物厚度
D——扩散系数
t——吸附时间，用ts表示，反之，当CO2从聚合物中解吸附时，用td表示
C——气体浓度
在二氧化碳解吸附过程的初期，它在样品中的扩散满足Fick定律。将解吸附过程倒推回去，可以得到该温度、压力下吸收一定时间后二氧化碳在聚合物中的浓度。然后测试吸附不同时间后二氧化碳浓度，可以得到二氧化碳的吸附曲线。从而得到一定温度、压力下达到饱和吸附的时间和CO2的溶解度。
2.3.1 CO2在聚合物PC、PMMA中的解吸附
CO2在聚合物中的吸附量用CO2的质量分数表示，即mco2/mpolymer。由实验可知，CO2在同一压力，不同温度不同物质中的解吸附如图2-1、2-2、2-3、2-4所示。
图2-1：CO2在50℃、20MPa下在PC中的解吸附曲线
图2-2：CO2在:70℃、20MPa下在PC中的解吸附曲线
图2-3：CO2在50℃、20MPa下在PMMA中的解吸附曲线
图2-4：CO2在:70℃、20MPa下在PMMA中的解吸附曲线
2.3.2 CO2在PC中的溶解度
将图2-1、2-2中的曲线按照Fick定律取前期线性部分如图2-5所示外推后计算直线截距，所得截距就是CO2在该条件下该吸附时间下的吸附量。即可得到CO2在50℃、20MPa和70℃、20MPa下在PC中的吸附曲线如图2-6、2-7所示。