卤素水分仪测定聚丙烯中挥发物含量

刘雪婷，陈跟平，贾慧青，黄世英

( 中国石油兰州化工研究中心，国家合成橡胶质量监督检验中心，甘肃兰州730060)

聚丙烯（PP）材料由于质轻价廉、械性能好等诸多优点，被广泛应用于国防、能源、汽车、医疗、衣食住行等各个领域［1-5］。然而，由于受聚合工艺、催化剂、低聚物等影响，在高温加工和使用过程中，PP 材料会不同程度地释放出有害的挥发性物质［6-7］。随着人们健康环保意识的不断增强，对产品要求更加绿色环保，因此，建立PP 材料中挥发物含量的检测方法具有深远意义。

目前对于聚丙烯中挥发物的检测主要有烘箱法［8］、色谱法等方法［9-10］，但使用烘箱法检测聚丙烯中的挥发物含量所需时间长，且计算过程繁琐。使用色谱法检测仪器相对昂贵且操作复杂。

卤素水分仪是在红外线加热灯里注入了惰性气体（通常是碘或溴等卤素）作为热源，根据热失重原理进行测定［3］，由于红外线能无阻碍地穿透物料，直接进入样品内部转化成热能而加热样品，因此，样品加热更均匀，挥发物挥发更彻底。使用卤素水分仪测定挥发物，已经在食品、医疗、化工等行业中得到了广泛应用［11-17］。因此，本工作建立了采用卤素水分仪测定聚丙烯中挥发物的检测方法，并与烘箱法进行对比，确定了检测时试样质量、加热温度、加热时间、测定模式等试验条件。该检测方法检测速度快，操作便捷，重复性好，具有较好的推广应用前景。

1 实验部分

1.1 主要仪器与样品

电热鼓风加热箱：数显式，能够自动控制温度在(100～130)±2 ℃；电子天平： AE200，梅特勒-托利多公司，可精确至 0.001g；卤素水分测定仪：HX204，梅特勒- 托利多公司。

样品：EP533N 粉料。

1.2 测试方法与原理

1.2.1 预设加热时间法

称取一定量的聚丙烯试样，设定卤素水分测定仪加热温度，当仪器运行到预设加热时间时，挥发物的含量与已知或规定量一致时，确定为加热终点。图1 为预设加热时间为15min 时，挥发物含量随时间的变化图。随着加热时间的增长，测得的挥发物含量先快速增加，在3min 以后增加变缓，当达到预设加热时间15min 时，仪器自动终止测试过程。

图1 聚丙烯加热曲线（预设加热时间法）Fig. 1 Polypropylene heating curve (preset heating time method)

1.2.2 预设质量损失法

预设质量损失法是指在单位时间内平均失重小于预置，则仪器认为加热过程完成，并自动终止测试过程。图2 为预设质量损失为10/200 mg·s-1时，挥发物的含量与时间的关系图。随着加热时间的增长，测得的挥发物含量先快速增加后慢慢变缓，当单位时间内平均失重小于预设质量损失10/200 mg•s-1时，仪器自动终止测试过程。

图2 聚丙烯加热曲线（预设质量损失法）Fig. 2 Polypropylene heating curve (preset mass loss method)

2 结果与讨论

2.1 卤素水分仪试验条件的确定

2.1.1 试样质量对挥发物含量测定结果的影响

为确定卤素水分测定仪检测终点，参考GB/T 2914-2008《塑料 氯乙烯均聚和共聚树脂 挥发物( 包括水) 的测定》，在120 ℃对待测聚丙烯中的挥发物含量进行测定，聚丙烯中挥发物的含量约为0.230%。

分别称量约2、3、5 g 聚丙烯样品，置于铝皿中，在120 ℃下，加热3 min，测定结果见表1。

表1 试样质量对检测结果的影响Table 1 The influence of sample mass on test results

由表1 可知，在确定加热时间和温度时，样品挥发物的含量随质量的增大而减小。当试样质量为3 g 时，该条件下聚丙烯试样中挥发物含量与烘箱法测定结果相当。因此，确定试样用量为3 g。

2.1.2 加热温度对挥发物含量测定结果的影响

称量约3g 聚丙烯样品，分别在100、110、120、130 ℃下，加热3 min，挥发物的测定结果见表2。

表2 加热温度对检测结果的影响Table 2 The influence of heating temperature on test results

从表2 可以看出，当试样质量和加热时间确定后，挥发物的含量随温度的升高而增加。但是，温度越高，聚丙烯降解产生小分子的几率越大，且在120℃时加热3 min，聚丙烯试样中挥发物含量与烘箱法测定结果相当。因此，确定加热温度为120℃。

2.1.3 预设加热时间对挥发物含量测定结果的影响

称量约3g 试样，在120℃下，预设加热时间分别为1、3、5、10、15 min 时为检测终点，终止测试过程，试样中挥发物含量测定结果见表3。

表3 预设加热时间对检测结果的影响Table 3 The influence of preset heating time on test results

由表3 可以看出，随着加热时间增加，测得的挥发物的含量也在增加，但是在3min 以后，挥发物含量的增加趋势变缓，聚丙烯试样中挥发物含量与烘箱法测定结果相当。因此，选择加热时间为3min。

2.1.4 预设质量损失对挥发物含量测定结果的影响

称量约3 g 的试样，在120 ℃加热温度下，预设质量损失分别为1/50、1/90、10/140、10/200 mg·s-1时，分别测定试样中挥发物含量。通过与烘箱法和预设加热时间法的测定结果对比，选择预设质量损失为10/200 mg·s-1。测定结果见表4。

表4 预设质量损失对检测结果的影响Table 4 The influence of preset mass loss on test results

2.2 精密度实验

称量约3 g 聚丙烯试样，在加热温度为120 ℃下，检测终点分别在预设加热时间为3 min 或预设质量损失为10/200mg·s-1，进行重复测定，结果见表5。

表5 两种方法的精密度Table 5 Precision of the two methods

由表5 可知，这两种方法检测结果基本一致，且都具有较好的重复性。

2.3 与烘箱法对比

我们分别在110 ℃和120 ℃下分别使用卤素水分仪和烘箱法来检测聚丙烯的挥发分，结果见表6。由表6可知，使用卤素水分仪检测与烘箱法的数值基本一致，且都具有较好的重现性。

表6 烘箱法与卤素水分仪法对比Table 6 Comparison of oven method and halogen moisture meter method

3 结语

样品的质量、加热时间、加热温度都会影响卤素水分仪对聚丙烯挥发物的的检测结果。使用预设加热时间或预设质量损失两种模式都可用于检测聚丙烯中的挥发物含量。该检测方法速度快，操作简便，需要的样品量少，有较好的准确度和精密度，可以用于聚丙烯科研和生产产品质量控制。