聚烯烃树脂产品中即使存在微量水份都可能会导致加工困难以及成品的缺陷,这些缺陷将影响成品的外观,也可能降低成品的性能,或者产生应力点而降低耐机械应力等缺陷。由于聚烯烃树脂产品中水含量很低,但目前还没有建立合适的分析方法去定量分析聚烯烃树脂产品中的微量水含量,因此有必要建立聚烯烃树脂产品中微量水含量的测定方法,监测产品中水含量的变化情况,为工艺装置的生产控制提供参考作用。
1 固体水分检测系统的建立
1.1 方法原理
通过卡式炉加热装置将聚烯烃树脂产品加热到200℃以上,使塑料产品中的水分被充分加热蒸发出来,同时选择高纯氮气(纯度为99.999%)作为载气,将样品中的水分从卡式炉加热装置带出来,进入卡尔.费休库仑仪电解池中,测定出水含量,再减去这段分析时间内氮气中本身含有的水分,就为样品塑料中的水分含量。
1.2 检测原理
卡尔.费休库仑法的原理是利用水与碘的定量反应,测量的依据是一定浓度的单质碘与碘离子构成的平衡体系的导电能力。加在两电极上电流后使电极上分别交替发生反应,使溶液中碘化氢在阳极上又氧化成碘,如此重复进行,直到试剂中的水全部反应完毕为止。反应终点用一对铂电极所组成的指示系统来确定。
2 检测方法参数的确定
2.1 加热温度
从理论上说,在保证样品不分解和升华的前提下温度越高,样品中的水分越易蒸发释放出来,结合塑料成品的性能特点,选择210℃比较理想,此温度聚烯烃塑料产品处于熔融状态,产品中的水分能快速完全蒸发出来且此温度低于样品的分解温度而不会分解。
2.2 干燥剂和载气
为降低测试本底值,通过对比实验,进行了载气和干燥剂筛选,选择载气为高纯氮气(纯度为99.999%),干燥剂为五氧化二磷和5a分子筛串联使用,用于降低氮气中的水分含量,提高分析结果的准确性。
2.3 载气的流速
卡尔.费休水份仪参数规定载气流速应小于250 ml/min,否则载气中的水蒸汽可能无法完全与卡尔.费休试剂反应而以气体形式逃逸,同时载气流速太大也会使载气中的水分本底值增加,流速太小也不易于将水分迅速带走,一般气体流速控制在180~250 ml/min,本实验由于塑料成品中的水分含量较小,选择载气流速为200 ml/min。
2.4 加热时间的选择
通过对加热时间为6、7、8分钟三种情况的对比,加热7分钟比加热6分钟的情况平均水份含量分析结果稍微高一点,而加热8分钟分析结果与加热7分钟分析结果基本持平,因此最终确认加热时间8分钟比较合适,此时样品中的水份被完全蒸发出来。
2.5 样品量的确定
根据对同一样品每次称重量不同进行多次实验结果表明,样品称重量在3.5克左右,范围为2.8~5克之间,分析结果的重复性比较好,因为样品中水分含量很少,样品量少则分析结果的误差和载气本底值引起的误差相应的会变大。
最终确定分析方法参数:载气流量200 ml/min;加热时间8分钟;载气高纯氮气;加热温度210℃;干燥剂:五氧化二磷和5a分子筛串联;样品量2.8~5克。
3 实际应用
3.1 操作步骤
打开电源、气源,仪器预热30分钟;将氮气流量设为200 ml/min;将卡式炉左侧的开关打到竖直状态,吹扫卡式炉冷区,将冷区中可能存在的水分置换出来,约吹扫5分钟左右;设置卡式炉加热装置温度为210℃;当实际温度达到210℃稳定后,将卡式炉左侧的开关放到水平状态,使氮气经过卡式炉热区进入卡尔.费休滴定池中,吹扫热区3分钟;然后再按下“run”键,并按下f1键,此时仪器将自动进行电位的测量,测定结束后,再压下“f1”键,测量电解池的飘移值,即氮气的本底值(此步需三分钟);称取3.5克左右的样品置于铝舟内,将卡式炉左侧的开关放到竖直状态,将铝舟推入热区进行加热。
3.2 分析仪器
(1)ksql-310s卡尔.费休库仑法水分测定仪;(2)ksql-310s型卡式炉加热装置;(3)电子天平:感量0.0001 g;(4)分子筛和硅胶干燥装置。
3.3 分析结果说明
(1)从三种产品中水分含量分析结果统计表可以看出:氮气中水分含量基本稳定,没有大的波动,在流量稳定的情况下,水份含量都稳定在12或13μg/min,说明本方法使用的氮气中水含量较低,对分析结果没有明显的影响。
(2)从三种塑料产品水分含量的平均分析结果可以看出:聚丙烯产品t30s双峰水分平均含量为5.04μg/g,大于全密7042k水分平均含量3.65μg/g和高压2426h水分平均含量3.38μg/g,而高压与全密产品平均水分含量接近。
(3)从同一批产品分析结果偏差来看,三种产品去掉最大值与最小值,则与平均值的偏差最大值都小于0.6μg/g;全部分析数据,聚丙产品与平均值的偏差小于1.8μg/g,而全密度和高压产品与平均值的最大偏差都小于1.0μg/g,说明本方法系统误差与操作误差相对较小,满足分析工作要求。
4 验证性实验
润滑油是液体油,能溶于卡尔.费休试剂,因此其水分含量可以使用ksql型水分测定仪直接检测,同时也可以使用本实验建立的塑料成品中水分含量检测系统检测。
5 结论
(1)通过验证性试验,表明建立的塑料成品中水含量的分析方法准确可靠。
(2)建立起塑料成品中水含量的分析方法,通过对分析方法的条件参数的对比实验和分析说明,找到优化的操作步骤和方法参数。
(3)对三种牌号分析结果偏差表明:本分析方法的重复性满足规定要求。
(4)通过本次实验,使我们能够举一反三,建立起其它不溶于卡尔.费休试剂的固体样品中微量水含量的检测方法。
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