梯度法测定聚乙烯密度的影响因素

李朦朦

(中国石化中原石油化工有限责任公司 ， 河南 濮阳 457000)

密度体现了聚乙烯产品的性能。准确地测定聚乙烯密度对指导装置生产至关重要。测定聚乙烯密度常用的方法有密度梯度柱法、比重瓶法、密度计法等，其中密度梯度柱法是比较常用的方法，同样也是测定聚乙烯密度的仲裁方法[1-2]。

1 方法原理

密度梯度柱是根据悬浮的原理。利用异丙醇和蒸馏水的密度不同，以适当的比例分别配成轻、重两种溶液。将这两种溶液缓慢注入密度梯度柱内，进而形成了自下而上密度依次减小且呈线性变化的液柱。根据轻、重溶液的密度，选择一套(5～7个)经过检定的标准浮子，轻轻放入上述密度梯度柱中，使均匀分布在密度梯度柱中。根据标准浮子的密度值以及所在高度，得到线性回归方程。

2 实验部分

实验原料：中原石化生产的线性低密度聚乙烯DFDC-7050粒料。

仪器和试剂：异丙醇，分析纯；蒸馏水；梯度柱，直径50 mm、高1 000 mm，有环形刻度的玻璃管，分度值1 mm；恒温水浴(23±0.1) ℃。

3 结果与讨论

3.1 恒温水浴

分别选择23、25 ℃的恒温水浴，观察同一密度梯度柱工作曲线的变化，如图1所示。

图1 同一密度梯度柱在不同温度下的工作曲线图

密度柱内梯度的形成，是由于轻、重两种溶液相互扩散处于动态平衡状态。温度的变化使得扩散速率发生改变，打破了原有的平衡状态，从而导致梯度柱内的密度发生了变化，最终影响了密度的准确度。因此，密度梯度柱要严格控制恒温水浴为(23±0.1)℃。

3.2 试样选择

选取密度不同的标准试样，分别按照以下条件测定密度，结果见表1。

表1 试样条件对试样密度的影响 kg/L

由表1可知，试样中有气泡时，密度偏低，增加压力后密度偏高，表面不平整的试样密度无规律。在测定密度时，要选择样条内部无气泡，并且表面平整无毛刺、形状规则的试样。此外，在制样过程中，聚合物的结晶度随着制样压力增加而增大，进而密度也偏高[2]。

3.3 密度柱内液面的高度

密度柱内恒温水浴液面的高度要高于梯度柱内液面的高度，否则梯度柱内的温度无法稳定在(23±0.1) ℃内，从而影响密度的线性关系，造成测定结果不准确。

3.4 梯度柱的挥发

将配置好的密度柱不加盖子，观察72 h后浮子高度的变化。结果见图2～3。

图2 正常情况的密度工作曲线

如图2、图3所示，第一个浮子(密度0.909 9 kg/L)已升至液面。由于异丙醇易挥发，会使得梯度柱内密度发生变化，从而造成浮子的高度发生变化，进而第一个浮子浮于梯度柱的上方，造成密度柱不成线性，影响测定结果的准确性。

图3 不加盖72 h后的工作曲线

4 结束语

分别讨论了温度、试样、液面高度、密度柱的挥发对聚乙烯密度测定的影响以及注意事项。确定了水浴温度为(23±0.1) ℃，试样内部无气泡并且表面平整无毛刺、形状规则，配制好的密度柱要加盖子，并且恒温水浴液面的高度要高于梯度柱内液面的高度，对聚乙烯密度的测定影响最小。