聚氯乙烯管材中聚氯乙烯树脂含量的测定方法

2019-01-31丁建军甄永浩梅一飞

中国建材科技 2018年6期

丁建军甄永浩梅一飞

（中国建材检验认证集团股份有限公司，北京 100024）

根据产品形态，聚氯乙烯（PVC）制品可分为硬质PVC、软质PVC和PVC糊三大类。硬质PVC制品主要包括管材、型材、片材等挤出产品，以及管接头、电气零件等注塑件和挤出吹型的瓶类产品。软质PVC主要包括压延片、汽车内饰品、包装袋、薄膜、标签、电线电缆、医用制品等。PVC糊主要产品是搪塑制品[1]。

PVC管材是PVC树脂最主要的产品形式之一，也是当今全球用量最大的塑料管材品种。凭借其优良的耐化学性、绝缘性、水密性、阻燃性、耐候性，以及内壁光滑流体阻力小、施工方便、力学强度高、环刚度高、性价比高等特点，广泛应用于建筑给排水管道、埋地排水管道、电工套管、通信管道等领域。

PVC管材中的PVC树脂含量是决定制品性能的重要因素，有些产品标准中就明确提出了PVC树脂含量的要求，如GB/T 20221-2006《无压埋地排污、排水用硬聚氯乙烯（PVC-U）管材》[2]中明确要求PVC树脂含量（质量含量）应不少低于80%，GB/T 10002.1-2006《给水用硬聚氯乙烯（PVC-U）管材》[3]中要求PVC-U混配料要以PVC树脂为主。然而，这些标准仅仅提出了要求，并未提供测试的方法，目前国内也没有相关的测试标准，也未见文献报道。

迫于市场价竞争的压力，一些不法商家为了压缩成本，产品配方中大幅添加低廉的碳酸钙粉等无机填充料，降低PVC树脂的含量，这必然牺牲产品的物理性能、长期耐久性能。从近年来国家质检总局以及各省市质检部门对PVC管材抽查的结果来看，每年均有较大批次的产品不合格，其中不合格项目就包括拉伸屈服强度、落锤冲击试验等物理性能，其中重要原因之一就是生产企业过多添加碳酸钙粉等无机填充料[4，5]。

建立PVC管材中树脂含量的测定方法对于准确评价产品品质、指导生产工艺改进，具有重要的现实意义。

1 实验部分

1.1 实验样品

市售的4种不同厂家生产的硬质PVC管材，编号分别为A、B、C、D

1.2 测试仪器和方法

测试仪器：傅立叶变化红外光谱仪（FTIR），BRUKER公司，TENSOR27；

测试方法：①对于固体不溶物和PVC树脂，采用KBr压片法制样，取一定量试样和KBr在研钵内混匀后压片；②对于滤液，采用液膜法制样，吸取溶液滴在KBr盐片上，在80℃烘箱内烘干。

测试条件：波数范围：4000 cm-1～400cm-1；分辨率：4 cm-1；扫描次数：16次。

1.3 实验原理

首先利用PVC树脂等有机物易溶于四氢呋喃、环己酮等有机溶剂而无机颜填料不溶解的特性，通过溶解、高速离心分离将PVC树脂等有机物与无机颜填料分离；然后利用PVC树脂在甲醇、乙醇等有机溶剂中析出、沉淀，而其它有机添加剂不易析出的性质，将PVC树脂与其它有机添加剂分离[6]。实验中采用红外光谱法辅助鉴别得到的不溶物和滤液中是否含有PVC树脂，以及最后得到的PVC树脂是否纯净。

1.4 实验方案

1）将材料剪碎成细小颗粒，3mm左右；

2）称取试样质量m0（1g左右，精确至0.1mg），放于离心管中，加入约20mL四氢呋喃；

3）水浴下溶解完全，冷却至室温；

4）在高速离心机上离心分离，3000转/min，20min，收集上层清液；

5）在不溶物中加入20mL四氢呋喃，溶解、冷却、离心，重复2次，分别汇总上层清液和不溶物；

6）不溶物在105℃烘箱内烘干后，称重为m1；

7）在磁力搅拌器强烈搅拌下，将上层清液逐滴加到200ml无水乙醇中，静置过夜，待白色沉淀物完全析出；

8）真空抽滤，分别收集白色沉淀物和滤液，白色沉淀物用无水乙醇反复洗涤5次；

9）白色沉淀物在60℃真空烘箱中干燥至恒重，得到树脂，称重为m2；

10）分别用红外光谱法鉴别步骤（5）得到的不溶物、步骤（7）得到的滤液和步骤（8）得到的树脂。

1.5 实验技术路线

实验技术路线如图1所示。

图1 实验技术路线

2 实验结果与讨论

2.1 红外光谱分析结果

样品A所得树脂与纯PVC树脂的红外光谱图分别如图2中（a）、（b）所示，对比可见，样品A所得树脂的谱图与纯PVC树脂的谱图完全吻合。其中，2916cm-1、2847cm-1和1429cm-1处吸收峰分别对于CH2反对称伸缩振动、对称伸缩振动和变角振动，1333cm-1和1250cm-1处吸收峰对应CHCl上C-H面内弯曲振动，1099cm-1处吸收峰对应C-C伸缩振动，962cm-1处吸收峰对应C-H反式面外弯曲振动，690cm-1处吸收峰对应C-Cl伸缩振动。

图2 红外光谱图：（a）样品A所得树脂；（b）纯PVC树脂

样品B、C、D所得树脂的红外光谱图与样品A一致，此处未列。由此可知，4个实验样品所得树脂均为纯净PVC树脂。

样品A所得不溶物与滤液的红外光谱图分别如图3中（a）、（b）所示，均未出现PVC树脂中的特征吸收峰，说明不溶物和滤液中均不含PVC树脂。分析可知，图（a）与碳酸钙的红外谱图基本一致，表明不溶物的主要为碳酸钙填料。图（b）与聚丙烯酸酯类红外谱图相似，表明滤液中含有聚丙烯酸酯类，可能是PVC管材中的ACR类增韧剂。

样品B、C、D不溶物和滤液的红外谱图与样品A不溶物和滤液基本一致，此处未列。由此可知，4个实验样品所得不溶物和滤液中均不含PVC树脂，且不溶物成分主要为碳酸钙。

图3 红外光谱图：（a）样品A所得不溶物；（b）样品A所得滤液

2.2 实验样品中无机填充料含量、PVC树脂含量测定结果

实验样品中无机填充料含量wfiller计算方法：

其中，m0为称取的样品质量，m1为得到的不溶物质量。

实验样品中PVC树脂含量计算方法：

其中，m0为称取的样品质量，m2为得到的PVC树脂质量。

4个样品的测定结果如表1所示，每个样品进行2次平行实验。

通过4个样品的平行实验，PVC树脂含量的偏差不超过0.4%，无机填充料含量的偏差不超过0.5%，实验的精密度可靠。

4个样品中，样品A和D的PVC树脂含量较高，均超过80%，无机填充料含量在11%～13.4%；样品B中PVC树脂含量略低，无机填充料含量约为19%；而样品C中PVC树脂含量大幅偏低，仅有60%左右，无机填充料含量则高达35%。这说明当前市场上PVC管材的品质确实参差不齐，某些厂家为了压缩成本，大量添加无机填充料，将导致产品的物理性能、长期耐久性能下降。