孫文秀，陶青海，張愛(ài)民，戚 羿，齊 巖

(1.中國(guó)石油吉林石化公司 研究院，吉林 吉林 132021；2.中國(guó)石油吉林石化公司 化肥廠，吉林 吉林 132021；3.中國(guó)石油吉林石化公司 有機(jī)合成廠，吉林 吉林 132022；4.中國(guó)石油吉林石化公司 煉油廠，吉林 吉林 132022)

新型聚烯烴彈性體(POE)是乙烯-辛烯共聚物。POE的分子鏈段結(jié)構(gòu)中既有樹脂相，又有橡膠相，這種特殊的形態(tài)結(jié)構(gòu)使得POE既可用作橡膠，又可用作熱塑性彈性體。POE將成為替代傳統(tǒng)橡膠和塑料的極具發(fā)展前景的新型材料而廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)。另外，POE對(duì)聚丙烯(PP)優(yōu)異的增韌改性效果也是現(xiàn)階段增韌劑三元乙丙橡膠(EPDM)無(wú)法比擬的，因此POE對(duì)傳統(tǒng)的增韌劑也構(gòu)成了強(qiáng)有力的沖擊。對(duì)POE的研究必定成為高分子材料科研領(lǐng)域的一個(gè)熱門課題[1-3]。POE密度的改變導(dǎo)致材料用途發(fā)生變化，因此，密度是確定POE牌號(hào)最重要的指標(biāo)之一[4]，也是項(xiàng)目研究中一項(xiàng)重要的控制分析指標(biāo)。為配合POE小試科研工作，需要結(jié)合實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有設(shè)備條件，建立一個(gè)簡(jiǎn)便、快速、較為準(zhǔn)確的密度測(cè)試方法。

POE的研究在我國(guó)處于剛剛起步階段，有關(guān)POE的技術(shù)指標(biāo)測(cè)試文獻(xiàn)未曾找到。本文分別從樣品處理到樣品測(cè)試進(jìn)行了全面實(shí)驗(yàn)，建立了POE小試樣品密度的控制分析測(cè)試方法，同時(shí)進(jìn)行了該方法的準(zhǔn)確度和精密度研究。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 原料

POE：牌號(hào)為8150、7467，美國(guó)DOW化學(xué)公司；浸漬液：蒸餾水，自制。

1.2 儀器設(shè)備

XLB-400×400平板硫化機(jī)：青島錦九州橡膠機(jī)械有限公司；MDJ-200S電子密度天平：精度為0.001 g/cm3，廈門雄發(fā)儀器儀表有限公司。

1.3 樣品處理

平板硫化機(jī)啟動(dòng)后，上、下模溫度分別設(shè)定為120 ℃后合模，升溫。到達(dá)設(shè)定溫度后開模，將待處理的POE小試樣品放入兩片聚酯膜中間，再放進(jìn)平板硫化機(jī)的上、下模之間后合模，樣品加熱時(shí)間為10～20 s。如此反復(fù)多次，直至壓實(shí)樣品，除去氣泡。取出處理后的樣片，待壓實(shí)的樣片冷卻到室溫后，剪成質(zhì)量大于1 g的小試樣條待用。

1.4 密度的測(cè)定

固體密度的測(cè)試方法有多種，結(jié)合實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有條件和控制分析簡(jiǎn)便、快速、準(zhǔn)確的特點(diǎn)，本文選用浸漬法。由于POE的密度小于1.000 g/cm3，POE試樣要浸漬在液體中，必須選用密度小于1.000 g/cm3的有機(jī)試劑。有機(jī)試劑多數(shù)為有毒有害液體，既對(duì)操作人員健康不利，排放時(shí)又污染環(huán)境。查閱相關(guān)文獻(xiàn)后[5-8]，選用電子密度天平及其標(biāo)準(zhǔn)配件——抗浮架測(cè)定POE的密度，測(cè)量時(shí)可以不使用有機(jī)試劑做浸漬液，選用蒸餾水做浸漬液，對(duì)操作人員的健康和環(huán)境起到了保護(hù)作用。

本文按下述步驟進(jìn)行POE密度的測(cè)試，實(shí)驗(yàn)前，試樣在(23±2)℃條件下放置2 h以上，達(dá)到溫度均衡后開始測(cè)試[9]。在浸漬液的吊欄上放抗浮架，在秤盤上放置所測(cè)固體，按鍵，儀器儲(chǔ)存樣品在空氣中的質(zhì)量為mS,A。拿下所測(cè)固體，放在抗浮架底部，屏幕顯示樣品在浸漬液中的質(zhì)量為mS,IL，按鍵，天平自動(dòng)顯示所測(cè)POE密度值ρs。每個(gè)樣品至少測(cè)3個(gè)平行試樣后，計(jì)算3次測(cè)試的平均值，結(jié)果保留到小數(shù)點(diǎn)后第三位。

電子密度天平直接顯示的樣品密度值，是通過(guò)公式(1)計(jì)算得到的[10]。

ρs=mS,A·ρIL/(mS,A-mS,IL)

(1)

式中：ρs為試樣的密度，g/cm3；mS,A為試樣在空氣中的質(zhì)量，g；mS,IL為試樣在浸漬液中的質(zhì)量，g；ρIL為浸漬液的密度，g/cm3(ρIL=0.998 g/cm3)。

2 結(jié)果與討論

2.1 樣品處理溫度實(shí)驗(yàn)

小試合成的POE樣品呈蜂窩狀松散態(tài)，存在大量氣泡，如圖1所示，不能直接測(cè)其密度，因此，在測(cè)試前必須對(duì)樣品進(jìn)行加熱、壓實(shí)除泡處理。

選用平板硫化機(jī)處理樣品，既能對(duì)樣品加熱，又能對(duì)樣品施加負(fù)荷。為確定樣品處理的溫度，做了硫化機(jī)處理樣品溫度實(shí)驗(yàn)，加熱溫度范圍為80～150 ℃。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，低于120 ℃時(shí)，樣品熔化不完全，圖2為80 ℃條件下處理樣品效果；圖3為120 ℃時(shí)處理的樣片，外觀光滑無(wú)氣孔。高于120 ℃時(shí)，處理后的樣片外觀與120 ℃時(shí)效果相同，圖4為150 ℃條件下處理樣品效果。從樣品處理的效果來(lái)看，認(rèn)為達(dá)到理想狀態(tài)的最低溫度為120 ℃。樣片冷卻至室溫后，裁成如圖5所示的樣條待用。

圖1 小試POE樣品

圖2 80 ℃條件下處理的POE樣品

圖3 120 ℃條件下處理的POE樣品

圖4 150 ℃條件下處理的POE樣品

圖5 測(cè)密度用POE樣條

為了進(jìn)一步證明樣品處理的適宜溫度，對(duì)同一個(gè)小試POE樣品分別在80 ℃、120 ℃和150 ℃進(jìn)行處理，得到不同溫度下處理的POE樣片，每個(gè)溫度制5個(gè)樣片，每個(gè)樣片裁出一個(gè)樣條。用不同溫度下處理的小試POE樣條測(cè)試樣品密度，結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 不同溫度下處理的小試POE樣品密度

從表1可以看出，80 ℃時(shí)處理的樣品密度值偏低。測(cè)試樣條表面粗糙，放入浸漬液后表面有較多密集小氣泡，此狀態(tài)影響密度的準(zhǔn)確測(cè)定，測(cè)得結(jié)果必然偏低；120 ℃時(shí)處理的樣品，測(cè)得的密度數(shù)據(jù)較平行；150 ℃時(shí)處理的樣品，測(cè)得密度數(shù)據(jù)尚可。綜合考慮，處理樣品的最佳溫度為120 ℃。

2.2 對(duì)照實(shí)驗(yàn)及準(zhǔn)確度實(shí)驗(yàn)

處理樣品的理想狀態(tài)是既能壓實(shí)樣品、趕除氣泡，又不造成POE結(jié)構(gòu)變化，保持其原有密度值不變。但在試樣加熱過(guò)程中存在試樣因高溫而降解或者因熱輻射而發(fā)生交聯(lián)作用的情況，使POE結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，導(dǎo)致試樣密度值發(fā)生變化。用2個(gè)不同牌號(hào)已知密度值的進(jìn)口POE產(chǎn)品作為“標(biāo)準(zhǔn)樣品”，對(duì)它們進(jìn)行與小試樣品同樣條件的加熱處理，再測(cè)定它們的密度。對(duì)照實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，2個(gè)進(jìn)口牌號(hào)POE產(chǎn)品的密度值處理前后結(jié)果相近，說(shuō)明這種處理試樣方法對(duì)試樣的密度幾乎無(wú)影響，這種處理方法是可行的。分別對(duì)已知密度值的進(jìn)口產(chǎn)品POE 8150、POE 7467進(jìn)行加熱壓片處理，室溫冷卻后裁成樣條，每種產(chǎn)品分別裁剪6個(gè)樣條，用浸漬法測(cè)量樣品密度。進(jìn)口POE樣品處理后的測(cè)試結(jié)果及相對(duì)誤差見(jiàn)表2。

表2 進(jìn)口POE樣品處理前、后密度值及相對(duì)誤差

2.3 樣品測(cè)試及精密度實(shí)驗(yàn)

隨機(jī)取3個(gè)小試POE樣品，分別編號(hào)為1#、2#、3#，對(duì)該3個(gè)樣品進(jìn)行精密度實(shí)驗(yàn)。對(duì)1#樣品進(jìn)行加熱、壓實(shí)除泡處理后制成無(wú)氣泡樣片，如此處理1#樣品6次，得到6個(gè)無(wú)氣泡樣片，每個(gè)樣片各裁出1個(gè)樣條，測(cè)出6個(gè)樣條密度。同樣，按以上操作對(duì)2#、3#樣品進(jìn)行處理，測(cè)出2#、3#樣品密度。測(cè)試結(jié)果及相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差見(jiàn)表3。

表3 小試POE樣品密度測(cè)試結(jié)果及相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差

3 結(jié) 論

(1) 通過(guò)平板硫化機(jī)對(duì)樣品進(jìn)行預(yù)處理后，滿足了測(cè)試樣品密度試樣無(wú)氣孔的要求，從而可以對(duì)POE小試樣品進(jìn)行密度測(cè)定。

(2) 對(duì)已知密度值的2個(gè)不同牌號(hào)的進(jìn)口POE樣品進(jìn)行相同加熱處理后，再測(cè)定它們的密度。結(jié)果表明，POE產(chǎn)品的密度值處理前后結(jié)果相近。說(shuō)明處理過(guò)程不會(huì)改變?cè)嚇拥男阅苤笜?biāo)，處理試樣的方法安全、有效可行。

(3) 結(jié)合實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有設(shè)備條件和控制分析簡(jiǎn)便、快速、準(zhǔn)確的特點(diǎn)，建立了用浸漬法通過(guò)電子密度天平測(cè)定POE小試樣品密度的方法。利用密度天平標(biāo)準(zhǔn)配件——抗浮架測(cè)量浮體密度，不需要準(zhǔn)備輕于水密度的有機(jī)溶液作為浸漬液，有利于操作人員健康和降低有機(jī)液體的排放。

(4) 準(zhǔn)確度和精密度實(shí)驗(yàn)的最大相對(duì)誤差為0.23%，最大相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.17%，說(shuō)明該方法的準(zhǔn)確度較高，精密度較好，完全可以用于小試POE樣品密度的測(cè)定。

參 考 文 獻(xiàn)：

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