張志華 , 李永朋 , 張振平 , 程志臣

(中國石化中原石油化工有限責任公司 , 河南 濮陽 457000)

一定量的乙烯加入到聚丙烯中,抗沖擊性能會有所提高,有助于力學性能的改善。隨著乙烯加入量的增加,聚丙烯樹脂的熔融溫度和結(jié)晶溫度逐漸降低,透明度有所提高,對其最終產(chǎn)品的透明度、熱學性能、柔韌度都影響較大,聚丙烯中乙烯含量的準確測定,對于評價聚丙烯產(chǎn)品質(zhì)量改善其性能,調(diào)整生產(chǎn)聚丙烯的工藝參數(shù)都具有重要的參考意義。實驗主要探討了在制片無氣泡的前提下,制片過程中加熱溫度、壓力、加壓時間對該方法所測樣品中乙烯含量的影響,選擇得出最佳的制片條件,為裝置的優(yōu)化調(diào)整提供可靠的分析數(shù)據(jù)。

1 實驗部分

1.1 實驗條件

測試環(huán)境溫度: (25±5)℃, 濕度≤65%。

儀器:NICOLET iS10型傅里葉變換紅外光譜儀,美國賽默飛科技Thermo Fisher,光譜范圍400～5 000 cm-1;美國Nicolet公司OMINIC軟件及 TQ Analyst6.0定量分析軟件, FW4A型壓片機,可壓片膜厚為0.25 mm的模具。

樣品:公司生產(chǎn)的牌號為M02的抗沖共聚聚丙烯粒料,標樣(乙烯含量為7.50%)。

1.2 實驗步驟

①FTIR紅外光譜儀預熱30 min后,檢查并設定好最佳能量分辨率,查看儀器信噪比是否達標,設定好后通過背景掃描扣除空白。②壓制聚丙烯膜片。預熱壓片機至溫度穩(wěn)定后,采用0.25 mm模具,取0.2 g樣品置于兩片錫箔紙中央位置;合上模具,將模具放在壓力機上。將壓片機頂柱加好,輕輕轉(zhuǎn)動使樣品均勻鋪開,順時針轉(zhuǎn)動放油閥手輪,上下往復壓手動壓把,打壓至待測壓力值;保壓一段時間,緩慢逆時針轉(zhuǎn)動放油閥,待壓力指示為零,反方向轉(zhuǎn)動頂柱,取下模具冷卻至室溫,用鑷子取出膜片,觀察膜片的透明度及均勻性。③將壓制好的膜片用傅立葉紅外光譜掃描,儀器自動扣除以空氣為背景的紅外光譜吸收強度后,掃描得紅外光譜圖。以730 cm-1處特征吸收峰的峰面積,4 323、4 800 cm-1兩處特征峰峰高,計算出丙烯共聚物中的乙烯含量。④通過控制一個變量,確定最佳的熱壓溫度、時間、壓力。⑤選擇最佳制片條件,測定標樣及同一牌號(M02)不同批次的抗沖共聚聚丙烯粒料的乙烯含量。

2 結(jié)果與討論

2.1 制片條件的選擇

2.1.1制片溫度對乙烯含量測定結(jié)果的影響

按照1.2規(guī)定的操作步驟,選擇制片時間為1 min,壓力10 MPa,不同溫度下測定標樣抗沖共聚物的乙烯含量(質(zhì)量分數(shù),下同),結(jié)果見圖1。

圖1 制片溫度對乙烯含量的影響

由圖1可得,隨著溫度的升高,乙烯含量逐漸增大,到180 ℃時乙烯含量達到最大值,之后隨著溫度的升高乙烯含量開始降低。由于溫度過低樣品不能完全熔融,制樣效果差,樣品不勻,表面發(fā)花,圖譜峰形不好,樣品在壓片過程中會發(fā)生物理變化(如多晶轉(zhuǎn)換現(xiàn)象)或化學變化(部分分解),使譜圖整體峰型出現(xiàn)差異,過高的溫度影響分子排列結(jié)構,造成乙烯的降解,使樣片氧化,因此制片溫度為180 ℃結(jié)果最接近真值。

2.1.2制片時間對乙烯含量測定結(jié)果的影響

按照1.2規(guī)定的操作步驟,選擇制片溫度為180 ℃,壓力10 MPa,不同時間下測定標樣抗沖共聚物的乙烯。

由圖2可見,在1 min前,乙烯含量呈降低趨勢,1 min后乙烯含量逐漸升高。由于制片時間太短不易控制,且樣品熔融效果差,膜片厚度不均勻,未達到要求的膜厚,不易測準,而過長的時間影響分子排列結(jié)構,結(jié)果表明,1 min時的乙烯含量最接近真值。

圖2 制片時間對乙烯含量的影響

2.1.3制片壓力對乙烯含量測定結(jié)果的影響

按照1.2規(guī)定的操作步驟,選擇制片溫度為180 ℃,時間1 min,不同壓力下測定標樣抗沖共聚物的乙烯含量,結(jié)果見圖3。

圖3 制片壓力對乙烯含量的影響

由圖3可知,壓力在10 MPa前呈波動趨勢,之后又不斷升高,由于壓力不夠樣品表面會發(fā)花,不平整,熔融效果差,達不到要求的膜厚,不易測準,壓力過高影響分子排列結(jié)構,數(shù)據(jù)表明,壓力10 MPa時最接近真實值。

2.1.4水分對乙烯含量的影響

聚丙烯粉料若出現(xiàn)滴水、潮濕、有粘連的現(xiàn)象,可能會影響其產(chǎn)出粒料的含水量,粒料含水量大,中間明顯出現(xiàn)氣泡[2]。這種情況下不能直接進行紅外光譜分析其乙烯含量,可通過熔融干燥,烘箱烘烤,設置105 ℃,烘干樣品中水分后再進行測試,去除水分后再用于制片。制片過程中要保證壓制出的膜片透明度較好,熔融均勻,無氣泡,氣泡量極小的情況下,可避開氣泡的位置進行掃描,否則樣品重復性不好。綜上實驗表明,在制片無氣泡的情況下,選擇熱壓溫度180 ℃,壓力10 MPa,熱壓時間1 min,測定乙烯含量最接近真實值。

2.2 精密度的檢驗

利用上述所得到的最佳制片條件,測定標樣及某公司生產(chǎn)的牌號為M02的2批樣品,每組樣品平行測10次,乙烯含量見表1。

表1 實驗數(shù)據(jù)的精密度(乙烯含量) %

由表1可知,通過數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析標樣的平均值與真實值接近,并且相對標準偏差較小,批料的10次測定值與平均值接近,并且相對標準偏差較小。證明該條件下測定的準確度和精密度均較好。

3 結(jié)論

本次實驗按照傅里葉紅外光譜法測定聚丙烯共聚物中乙烯含量的方法,分別探討了樣品中的水分、制片溫度、壓力、熱壓時間對所測樣品中乙烯含量的影響。通過對比實驗數(shù)據(jù),在膜片無氣泡的情況下,選擇制片溫度180 ℃,壓力10 MPa,熱壓時間1 min,測得聚丙烯共聚物中乙烯含量的準確度和精密度均較好。

按照優(yōu)化的分析參數(shù),應用于聚烯烴二部裝置調(diào)整過程中的樣品測試,分析儀器穩(wěn)定,分析數(shù)據(jù)可靠,及時為裝置的優(yōu)化調(diào)整提供可靠的數(shù)據(jù)支撐。