卤素水分仪测试SBS橡胶挥发分含量

张　茜　房迎春　杨文明　程　清

(中国石油独山子石化公司乙烯厂中心化验室，独山子 833699)



卤素水分仪测试SBS橡胶挥发分含量

张茜房迎春杨文明程清

(中国石油独山子石化公司乙烯厂中心化验室，独山子 833699)

摘要：主要从卤素水分仪测量SBS橡胶挥发分含量的参数选择以及测定结果精密度的影响因素两方面展开讨论，并将最终结果与烘箱法比对，确定用卤素水分仪也可以达到对SBS橡胶中控挥发分含量的监测，快速指导装置生产的目的。

关键词：SBS橡胶；挥发分含量；烘箱法；卤素水分测定仪

SBS橡胶(即苯乙烯-丁二烯三嵌段热塑弹性体)是由采用自由基聚合生产的嵌段共聚物形式的丁苯橡胶。SBS橡胶的水分及易挥发物质(包括残留单体)统称为挥发分，其含量大小反映后处理工艺中去除易挥发组份的效果，是橡胶生产的一项重要控制指标。挥发分含量过高，在后期加工时制品易产生气泡，粘合剂浑浊等瑕疵；相反，若挥发分含量太低，会造成不必要的浪费，很不经济。

目前，SBS橡胶的挥发分测定是采用标准GB/T24131-2009中的直接烘箱法,要使用鼓风烘箱和精密天平，测定一次所需时间较长 (通常为3小时左右)，操作过程较繁琐，但是作为仲裁法，结果准确度高。卤素水分仪测定SBS橡胶的挥发分含量，测定时间短，分析速度快，操作简单，可以快速指导生产，有研究的价值。实验通过与烘箱法的结果比对，探讨了卤素水分仪测定SBS橡胶挥发分的参数以及测定结果精确度的影响因素，达到快速指导装置生产的目的。

1实验部分

1.1　仪器

鼓风烘箱：温度可控制在100±5℃；天平：梅特勒PB4002-S； 自制铝箔：建议规格大小为29cm×15.5cm×3cm；玻璃干燥器：装有变色硅胶；剪刀：锋利，干净无油污；秒表。梅特勒-托利多HR83型卤素水分测定仪：瑞士产；水分仪自带铝箔。

1.2　样品

充油SBS橡胶和未充油SBS橡胶来自独山子石化分公司生产现场，根据GB/T 15340从丁苯橡胶后处理包装线上采取样品，取即将装入包装袋的有代表性的SBS橡胶样1000g左右，取好后立即装入取样袋并系好袋口，避免橡胶水分流失。

1.3　方法

1.3.1　烘箱法

称取100g左右胶粒样，平铺于铝箔中，放入100±5℃烘箱，干燥1h后，取出放入干燥器中，冷却至室温，称量。再放入烘箱中干燥30min,冷却，称量，重复此操作，直至连续两次称量之差不大于0.1g。结果计算：挥发分%=(m1-m2)/m1*100；m1:干燥前胶样质量，m2:干燥后胶样质量。

1.3.2　卤素水分测定仪法

打开卤素水分测定仪后，等待仪器自检，同时利用仪器自带的3个调平螺钉调节仪器的水平仪，使仪器处于完全水平的位置。检查好方法参数后，开始试验部分，首先按0/T键天平清零并提示加入样品，按start键启动加热，直至测定自动结束，屏幕上直接显示挥发分结果。

2结果与讨论

2.1　实验参数选择

实验参数主要有干燥程序的选择，温度设定和测试时间的设定三部分。

2.1.1　干燥程序的选择

卤素水分测定仪共有4种干燥程序可供选择，见表1。

表1　卤素水分仪测定SBS橡胶各干燥程序特点比较

SBS橡胶挥发分含量小于1%，橡胶组成成分单一，只含有少量挥发性物质，干燥时表面也不会形成薄膜。综上所述，测试选用标准干燥比较合适。

2.1.2　测试温度的选择

参考烘箱法测试温度100±5℃，取一已知挥发分含量为0.52%的SBS橡胶样在以下6个温度下分别试验，见表2。

表2　温度和挥发分的关系

由表2可知，温度80℃～90℃，挥发分误差较大；温度95℃～110℃，挥发分误差较小，参考烘箱法测试温度和能源节约原则，取值95℃～105℃已经可以满足测试要求；由于水分仪自身温控波动范围为±2℃，缩小温度取值范围为100±3℃。

2.1.3　测试时间的确定

测试时间的确定可以通过测试的结束方式确定。卤素水分仪提供了3种测试结束程序即“单位时间失重，手动关机模式，定时关机模式”。其中手动关机模式需要人为关机，耗时耗人力，可以不做考虑。主要讨论“定时关机模式”和“单位时间失重”的区别，定时关机试验数据见表3。

表3　水分测试仪测定挥发分结果与时间的关系

由表3可知，不同挥发分含量样品，测试时间是不同的；对同一样品，干燥时间不同，结果也有较大变化。因而用定时关机模式不适用，重点考虑单位时间失重结束模式。

单位时间失重的测量方法是指在单位时间内平均失重小于预置，则仪器认为干燥过程完成，并自动终止测试过程。并根据其预置值的不同可分为5种方法，即“模式1,2,3,4,5”，具体见表4。

表4　单位时间失重5种模式的预置值

由表4可知，从模式1到模式5，随着设置的预置值变大，对同一试样，测试结束时间变长。其中模式3的方法是出厂设置，适用大多数样品，可以考虑先用模式3测试两种样品，结果见表5。

表5　模式3测定结果　%

由表5数据可知，充油橡胶用模式3测试结果与烘箱法结果比较偏小，绝对误差呈现负值，这是因为模式3的预置值时间偏短，测试提前结束，未真实反映出充油橡胶挥发分含量；未充油橡胶用模式3测试结果与烘箱法结果比较偏大，绝对误差呈现正值，这是因为相对与属于干胶，挥发分小的未充油胶，模式3的预置值时间过长，测试推迟结束。

所以在选择测试模式上，充油橡胶可以选择预置值较大，测试时间较长的测定模式4或5。未充油橡胶可以选择预置值较小的干燥试样测试模式，即模式1或模式2。测试结果见表6。

表6　SBS橡胶测试结束方式的确定　%

由表6数据可知，与烘箱法结果比较，充油SBS橡胶选用模式4测定的绝对误差较小结果准确；未充油SBS橡胶选用模式1测定的绝对误差小结果准确。

综上所述，卤素水分仪测试SBS橡胶挥发分含量的参数选择为：标准干燥程序和100±3℃，分别在“单位时间失重关机模式4”测定充油SBS橡胶挥发分；在“单位时间失重关机模式1”测定未充油SBS橡胶的挥发分。

2.2　影响结果精密度的因素

2.2.1　测定样品量对结果精密度的影响

卤素水分仪测量结果的重复性与样品最少量有关，具体关系见表7。

表7　结果重复性与样品量的关系

由表7可知，1g和2g的样品量对应的结果重复性偏差太大，不适合SBS橡胶应用，为了确定测定样品量的多少，现取10±0.1g样和5±0.1g样进行挥发分测定，具体结果见表8。

表8　样品量克数对结果重复性影响

续表8

由表8可知，10g样品量结果重复性更好；而且由于水分仪自带铝箔面积的限制，不能称取过多的试样，10g±0.1g的样品量可以满足测试要求。

2.2.2样品均匀度对结果精密度和准确度的影响

由于SBS橡胶颗粒非常不均匀，有长有短，包含水分及易挥发组分含量不同，选取的样品未混匀，直接取样测定，影响挥发分结果精密度，见表9。

表9　样品未摇匀测定结果

将部分样品装入大口塑料瓶前后左右摇匀后称取样品测定，结果精密度提高，见表10。

表10　样品摇匀后测定结果

由表9和表10的结果可知，由于用水分仪测定挥发分时，所用样品量较小，而SBS橡胶颗粒形状不规则且长短不一，为了保证最后结果的可代表性，摇匀后再进行测试，可以提高测定结果的精密度。

2.2.3人员操作对结果精密度和准确度的影响

在测试过程中，分析人员的不恰当操作也会给测试结果带来影响，造成测定结果异常；测试过程中数值上下剧烈波动，这些情况都应终止测试并重新测量，常见情况举例：

(1)称取试样到卤素水分仪天平上时，直接用手抓取试样进行称量，导致挥发分结果产生异常。所以在测量时，应用干净的称量容器(例如小烧杯等)取样进行称量，避免任何可能污染物(如分析人员手上的汗渍等)污染橡胶样品。

(2)称取橡胶样品到卤素水分仪天平上时，由于水分仪天平较小，试样挂边，出现测试数据波动现象。这是因为卤素测试仪是称量系统与加热系统一体化设备，挂在天平盘边缘的试样直接导致称量系统不稳定，加热试样时，挥发分结果显示值才会波动，严重影响挥发分测试结果的准确度，遇到这种情况，应终止测试，重新称取试样再测定。所以称量样品时，应尽量将试样放在天平中心部位，再慢慢平铺试样，如发现有试样挂在天平盘边缘，应将试样用镊子夹起放在天平中心部位后再进行测定。

2.3　验证卤素水分仪测定SBS橡胶挥发分含量

取10批橡胶样验证挥发分含量的测定，用烘箱法平行样作为真值进行比对，其中方法A为卤素水分测量仪测定结果，是将试样摇匀后，称取10g±0.1g，在标准干燥程序100±3℃下，未充油橡胶选择单位时间失重模式1，充油橡胶选择单位时间失重模式4测定；方法B为烘箱法测定结果，是称取100g样后用烘箱法测定，两种测定方法结果对比见表11。

表11　两种方法分别测试SBS橡胶挥发分含量

由表11可知，两种测量方法结果一致，误差均在标准烘箱法精密度要求范围挥发分含量不大于0.22%，平行结果之差不大于0.04%；挥发分含量0.23%～0.70%，平行结果之差不大于0.15%；挥发分含量0.71%～1.00%，平行结果之差不大于0.22%内，说明选用卤素水分仪在标准干燥程序和100±3℃，分别用单位时间失重模式4和单位时间失重模式1测定充油SBS橡胶和干胶SBS挥发分是可行的。

3结论

将SBS橡胶样品混匀，称取样品10g±0.1g，用卤素水分测定仪在标准干燥程序和温度100±3℃下，充油SBS橡胶用单位时间失重模式4测量，未充油SBS橡胶用单位时间失重模式1测量，测试结果与烘箱法结果有较好一致性，能准确快速用于SBS橡胶的中间质量控制。

参考文献

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[7]HR83型卤素水分测定仪操作手册[M].梅特勒-托利多公司编写.

信息简讯

海光公司LC-AFS6500系列液相色谱-原子荧光联用仪通过行业协会新产品鉴定

中国仪器仪表行业协会主持召开新产品鉴定会

2015年3月13日，中国仪器仪表行业协会组织鉴定委员会，对北京海光公司研制的LC-AFS6500系列液相色谱-原子荧光联用仪进行了新产品鉴定。

新产品鉴定会由行业协会特别顾问朱明凯主持。中国环境监测总站齐文启教授等8位专家组成鉴定委员会，听取了海光公司技术人员对产品研发过程及创新技术的汇报，审查了相关技术文件，观看了产品的现场演示。经过质询和讨论，专家一致认为LC-AFS 6500系列液相色谱—原子荧光联用仪整机性能指标达到国内领先水平，同意新产品通过鉴定。

近年来，海光公司围绕企业发展战略，致力于新产品开发与技术创新工作，根据行业需求积极研发具有自主知识产权的新型产品，以提升企业的核心竞争力。

作为原子荧光技术的创始人和领军者，北京海光仪器有限公司在2004年开始了基于原子荧光技术的形态分析研究，并在2006年成功推出相关产品。LC-AFS 6500系列液相色谱-原子荧光联用仪是海光公司推出的最新款形态分析仪器。该产品采用高度集成化设计和一体化软件控制，特殊设计的消解装置能够显著提高消解效率，功能强大，自动化程度高，具有高灵敏度和高可靠性；兼备形态分析和总量分析两种功能，实现自动切换，便于使用和操作，工作效率高；色谱分离单元温度实时显示，一体化流路设计有效缩短柱后体积，减小峰展宽，显著提高了分离效率；一体化形态工作站真正实现了对各功能模块的整机自动控制，可进行参数设置、数据采集与处理等，可实现对样品的连续检测。(海光)

Determaination of SBS rubber volatile content by halogen moisture analyzer.

ZhangQian,FangYingchun,YangWenming,ChengQing

(ChinesepetroleumDushanziPetrochemicalCorpethyleneplantCenterLaboratory,Dushanzi833699,China)

Abstract:This paper compares halogen moisture meter with oven drying method, points out halogen moisturemeter can also be used for monitoring of SBS rubber in the control of volatile content to guide the production.

Key words：SBS rubber; volatile matter content; oven drying method; halogen moisture analyzer

收稿日期：2014-09-16

DOI:10.3936/j.issn.1001-232x.2015.02.008

作者简介：张茜，女，助理工程师，本科，2008年起从事塑料、橡胶化工分析。