聚丙烯等规指数分析法改进及影响因素研究

张雯娟 ，李景明

（1.西安石油大学机械工程学院，陕西西安 710065；2.陕西延长石油（集团）有限责任公司延安炼油厂，陕西洛川 727406）

聚丙烯为长链高分子聚合物，分为等规聚丙烯、间规聚丙烯和无规聚丙烯三种结构。聚丙烯等规指数为等规聚丙烯在整体聚合物中的含量，采用不溶于有机溶剂部分的质量百分数来表示。等规指数反映了分子的结晶程度，在聚丙烯生产过程中，是重要的质量控制指标之一。所以，在产品质量检测分析时，应不断改进分析方法，研究试验影响因素，以更为高效、准确的分析数据来指导生产。

延安炼油厂目前使用的新国标等规指数分析方法（GB/T 2412-2008），测量仪器简单，分析数据准确，但实验过程复杂，连续时间长达12 h，试样预处理中使用液氮极易冻伤操作人员，萃取试剂正庚烷资源短缺，在生产应用中局限性较大。因此，改进新国标聚丙烯等规指数分析法势在必行。

1 新国标等规指数分析方法的改进

1.1 仪器与试剂

1.1.1 仪器 超离心研磨仪，筛分仪，真空恒温干燥箱，调控电热套，电子天平，砂芯玻璃漏斗，干燥器，萃取装置。

1.1.2 试剂 正庚烷（分析纯AR），正己烷（AR），丙酮（AR），液氮（4N）。

1.2 试验步骤

1.2.1 试样的准备 将适量的粒料（T30S）（延安炼油厂生产）放入超离心研磨仪中粉碎，然后用筛分仪进行筛分，选取粒径为0.3~0.6 mm的适量试样于表面皿，置真空恒温干燥箱内，使氮气余压维持在25 kPa，在（140±2）℃下干燥2 h。最后将该试样置于干燥器内冷却1 h至室温，即得试验样品。对于粉料，可将试样直接筛分选取粒径为0.3~0.6 mm的试样，在（70±2）℃下干燥。

1.2.2 试样的萃取、干燥和称重 将冷却后的试样用分析天平称重5 g（精确到0.1 mg），于恒重砂芯玻璃漏斗，置索氏提取器中。用200 mL正己烷，抽提速度为20±5次/小时，萃取3 h（从冷凝液滴下第1滴开始计时）。萃取后，取出砂芯玻璃漏斗冷却到室温，用丙酮洗涤3次，再用氮气把丙酮吹尽，将其置于100~105℃的真空恒温干燥箱内，使N2余压保持在25 kPa，干燥2 h，再置于干燥器内冷却1 h至室温，最后称重（精确到0.1 mg）。

1.3 试验结果

1.3.1 结果计算

式中：W为等规指数（%）；m0为玻璃漏斗质量（g）；m1为试样质量（g）；m2为萃取后玻璃漏斗和试样总质量（g）。

1.3.2 结果讨论 本试验研究以节能降耗为主要目的，采用萃取法，在样品预处理中不使用液氮，用正己烷替代正庚烷为萃取试剂，考察了缩短萃取时间对聚丙烯（T30S）等规指数的影响。

1.3.2.1 试样预处理的优化 本项试验在考察了粒料样品的预处理中，对试样直接粉碎（未进行氮封），其他试验条件以新国标为标准的情况下，得出的数据对比可知（见表1），试样未氮封的等规指数与经氮封的等规指数的差值均小于新国标要求的误差0.20%。为了安全生产、节约能源，故本试验最终选择试样预处理时直接粉碎。

表1 不同的试样预处理等规指数对比数据

1.3.2.2 萃取试剂的优化 本项试验考察了粒料样品，在分别使用正己烷、正庚烷为萃取试剂，其他试验条件以新国标为标准的情况下，通过10个批次的对照数据可知（见表2），使用正己烷萃取的等规指数比使用正庚烷萃取的等规指数高1.0%~1.5%，均值为0.13。在生产应用上，经20批次对比应用考察，未发现因试剂不同测得等规指数差1%~2%而影响后续加工生产的，说明萃取试剂用正己烷代替正庚烷是可行的。为节约经费和资源，故本试验最终选择使用正己烷萃取法，且计算公式修订为等规指数：

表2 不同的萃取剂等规指数对比数

式中：W为等规指数（%）；m0为玻璃漏斗质量（g）；m1为试样质量（g）；m2为萃取后玻璃漏斗和试样总质量（g）。

1.3.2.3 萃取时间的优化 因延安炼油厂聚丙烯（T30S）等规指数较高（一般控制在95%以上），因此本项试验粒料样品与正己烷体积相等，以及抽提速度相等的条件下，尝试萃取时间分别为2.0 h，3.0 h，6.0 h时测定等规指数，其变化情况（见表3）。由表3可以看出，萃取3.0 h与6.0 h等规指数的差值均小于0.20%，萃取2.0 h的等规指数与萃取6.0 h等规指数的差值大于0.20%，即超出了GB/T2412-2008的误差要求。故本试验最终确定选择的萃取时间为3.0 h。

表3 不同的萃取时间等规指数对比数据

2 分析方法的改进与影响因素分析

2.1 试验原理

聚合物样品在一个玻璃萃取器中，利用有机溶剂萃取一段时间后，残留聚合物与样品之比的百分数为等规指数。它是表征聚丙烯结晶性能的量度，不是等规度。等规度不易测量，一般通过测量等规指数或有机溶剂中不可溶部分。本方法仅限于粉末状样品。

2.2 试验意义

等规聚丙烯是一种通用高分子材料，利用价值很高。等规指数的测定就是测定聚合物中等规聚丙烯的含量，以便用来控制生产等规含量较大的聚丙烯产品，提高产品利用价值。

聚丙烯等规指数增大，则结晶度增大，拉伸强度增强，硬度增大，冲击强度下降，熔融指数升高；等规指数减小，则产品粘度增大，流动性差，包装储存时易结晶成块、成团，加工时加料困难，甚至无法加工，还影响液相本体聚合。因此，生产过程中常常通过调整等规指数来调整聚丙烯产品的物理性能。

2.3 影响分析结果的因素

2.3.1 试样形态 由于萃取时将样品中的可溶物（等规聚丙烯）溶在萃取剂中，若粒子太大，在萃取过程中可溶物不易溶解，不能萃取完全，导致试验结果偏大；若粒子太小，部分聚丙烯小粉末随萃取液一同渗出至溶剂中，使试样本身流失，导致分析结果偏低。经长期试验，粒料应研磨筛分成0.3~0.6 mm的试样。

2.3.2 萃取剂用量 若萃取剂用量过少，则难以完全浸没样品，且多次萃取操作后，使溶剂可溶物增多，影响萃取效果。若量过多，则样品易溢出，使结果偏低。经多次试验，萃取试剂用量取200 mL正庚烷。

2.3.3 萃取时间 溶解出的可溶物随萃取回流时间延长而增多，一般达24 h可溶解出全部可溶物。国标测试6 h与24 h结果一致，所以采用6 h。经研究，本次试验确定聚丙烯（T30S）样品采用3 h，且从冷凝液滴下第一滴开始计时。

2.3.4 萃取器情况 分析完成后，萃取器应用丙酮清洗，并用洗液定期浸泡防止堵塞滤孔。如果滤孔堵塞，则结果偏大或失真。

3 结论

本文研究了试样预处理、萃取剂及萃取时间三方面对聚丙烯（T30S）等规指数变化的影响，并讨论了试样状态、萃取剂用量等因素对分析结果准确度的影响。结果表明，试样预处理未氮封、萃取剂为正己烷、萃取时间缩短至3.0 h时所测等规指数与试样预处理经氮封、萃取剂为正庚烷、萃取6.0 h时所测等规指数的差值均小于0.20%，符合GB/T 2412-2008的误差要求。

总之，本文的分析研究，既降低了分析成本，又提高了分析效率，有利于安全生产，可用于石油化工行业生产的聚丙烯（T30S）等规指数的中间控制和成品分析，达到了节能降耗和提高效率的预期目的。

[1]曹豫新，陈灵文，汪东华，等.低分辨率脉冲核磁共振法在聚丙烯等规度分析测试中的应用[J].分析仪器，2004，（1）：26-29.

[2]杨素，许平利.红外光谱法在聚丙烯等规度分析测试中的应用[J].红外，2008，29（4）：35-37.

[3]中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局中国国家标准化管理委员会.GB/T 2412-2008塑料聚丙烯（PP）和丙烯共聚物热塑性塑料等规指数的测定[S].北京:中国标准出版社，2008.