聚丙烯等規指數分析法改進及影響因素研究

張雯娟 ，李景明

（1.西安石油大學機械工程學院，陜西西安 710065；2.陜西延長石油（集團）有限責任公司延安煉油廠，陜西洛川 727406）

聚丙烯為長鏈高分子聚合物，分為等規聚丙烯、間規聚丙烯和無規聚丙烯三種結構。聚丙烯等規指數為等規聚丙烯在整體聚合物中的含量，采用不溶于有機溶劑部分的質量百分數來表示。等規指數反映了分子的結晶程度，在聚丙烯生產過程中，是重要的質量控制指標之一。所以，在產品質量檢測分析時，應不斷改進分析方法，研究試驗影響因素，以更為高效、準確的分析數據來指導生產。

延安煉油廠目前使用的新國標等規指數分析方法（GB/T 2412-2008），測量儀器簡單，分析數據準確，但實驗過程復雜，連續時間長達12 h，試樣預處理中使用液氮極易凍傷操作人員，萃取試劑正庚烷資源短缺，在生產應用中局限性較大。因此，改進新國標聚丙烯等規指數分析法勢在必行。

1 新國標等規指數分析方法的改進

1.1 儀器與試劑

1.1.1 儀器 超離心研磨儀，篩分儀，真空恒溫干燥箱，調控電熱套，電子天平，砂芯玻璃漏斗，干燥器，萃取裝置。

1.1.2 試劑 正庚烷（分析純AR），正己烷（AR），丙酮（AR），液氮（4N）。

1.2 試驗步驟

1.2.1 試樣的準備 將適量的粒料（T30S）（延安煉油廠生產）放入超離心研磨儀中粉碎，然后用篩分儀進行篩分，選取粒徑為0.3~0.6 mm的適量試樣于表面皿，置真空恒溫干燥箱內，使氮氣余壓維持在25 kPa，在（140±2）℃下干燥2 h。最后將該試樣置于干燥器內冷卻1 h至室溫，即得試驗樣品。對于粉料，可將試樣直接篩分選取粒徑為0.3~0.6 mm的試樣，在（70±2）℃下干燥。

1.2.2 試樣的萃取、干燥和稱重 將冷卻后的試樣用分析天平稱重5 g（精確到0.1 mg），于恒重砂芯玻璃漏斗，置索氏提取器中。用200 mL正己烷，抽提速度為20±5次/小時，萃取3 h（從冷凝液滴下第1滴開始計時）。萃取后，取出砂芯玻璃漏斗冷卻到室溫，用丙酮洗滌3次，再用氮氣把丙酮吹盡，將其置于100~105℃的真空恒溫干燥箱內，使N2余壓保持在25 kPa，干燥2 h，再置于干燥器內冷卻1 h至室溫，最后稱重（精確到0.1 mg）。

1.3 試驗結果

1.3.1 結果計算

式中：W為等規指數（%）；m0為玻璃漏斗質量（g）；m1為試樣質量（g）；m2為萃取后玻璃漏斗和試樣總質量（g）。

1.3.2 結果討論 本試驗研究以節能降耗為主要目的，采用萃取法，在樣品預處理中不使用液氮，用正己烷替代正庚烷為萃取試劑，考察了縮短萃取時間對聚丙烯（T30S）等規指數的影響。

1.3.2.1 試樣預處理的優化 本項試驗在考察了粒料樣品的預處理中，對試樣直接粉碎（未進行氮封），其他試驗條件以新國標為標準的情況下，得出的數據對比可知（見表1），試樣未氮封的等規指數與經氮封的等規指數的差值均小于新國標要求的誤差0.20%。為了安全生產、節約能源，故本試驗最終選擇試樣預處理時直接粉碎。

表1 不同的試樣預處理等規指數對比數據

1.3.2.2 萃取試劑的優化 本項試驗考察了粒料樣品，在分別使用正己烷、正庚烷為萃取試劑，其他試驗條件以新國標為標準的情況下，通過10個批次的對照數據可知（見表2），使用正己烷萃取的等規指數比使用正庚烷萃取的等規指數高1.0%~1.5%，均值為0.13。在生產應用上，經20批次對比應用考察，未發現因試劑不同測得等規指數差1%~2%而影響后續加工生產的，說明萃取試劑用正己烷代替正庚烷是可行的。為節約經費和資源，故本試驗最終選擇使用正己烷萃取法，且計算公式修訂為等規指數：

表2 不同的萃取劑等規指數對比數

式中：W為等規指數（%）；m0為玻璃漏斗質量（g）；m1為試樣質量（g）；m2為萃取后玻璃漏斗和試樣總質量（g）。

1.3.2.3 萃取時間的優化 因延安煉油廠聚丙烯（T30S）等規指數較高（一般控制在95%以上），因此本項試驗粒料樣品與正己烷體積相等，以及抽提速度相等的條件下，嘗試萃取時間分別為2.0 h，3.0 h，6.0 h時測定等規指數，其變化情況（見表3）。由表3可以看出，萃取3.0 h與6.0 h等規指數的差值均小于0.20%，萃取2.0 h的等規指數與萃取6.0 h等規指數的差值大于0.20%，即超出了GB/T2412-2008的誤差要求。故本試驗最終確定選擇的萃取時間為3.0 h。

表3 不同的萃取時間等規指數對比數據

2 分析方法的改進與影響因素分析

2.1 試驗原理

聚合物樣品在一個玻璃萃取器中，利用有機溶劑萃取一段時間后，殘留聚合物與樣品之比的百分數為等規指數。它是表征聚丙烯結晶性能的量度，不是等規度。等規度不易測量，一般通過測量等規指數或有機溶劑中不可溶部分。本方法僅限于粉末狀樣品。

2.2 試驗意義

等規聚丙烯是一種通用高分子材料，利用價值很高。等規指數的測定就是測定聚合物中等規聚丙烯的含量，以便用來控制生產等規含量較大的聚丙烯產品，提高產品利用價值。

聚丙烯等規指數增大，則結晶度增大，拉伸強度增強，硬度增大，沖擊強度下降，熔融指數升高；等規指數減小，則產品粘度增大，流動性差，包裝儲存時易結晶成塊、成團，加工時加料困難，甚至無法加工，還影響液相本體聚合。因此，生產過程中常常通過調整等規指數來調整聚丙烯產品的物理性能。

2.3 影響分析結果的因素

2.3.1 試樣形態 由于萃取時將樣品中的可溶物（等規聚丙烯）溶在萃取劑中，若粒子太大，在萃取過程中可溶物不易溶解，不能萃取完全，導致試驗結果偏大；若粒子太小，部分聚丙烯小粉末隨萃取液一同滲出至溶劑中，使試樣本身流失，導致分析結果偏低。經長期試驗，粒料應研磨篩分成0.3~0.6 mm的試樣。

2.3.2 萃取劑用量 若萃取劑用量過少，則難以完全浸沒樣品，且多次萃取操作后，使溶劑可溶物增多，影響萃取效果。若量過多，則樣品易溢出，使結果偏低。經多次試驗，萃取試劑用量取200 mL正庚烷。

2.3.3 萃取時間 溶解出的可溶物隨萃取回流時間延長而增多，一般達24 h可溶解出全部可溶物。國標測試6 h與24 h結果一致，所以采用6 h。經研究，本次試驗確定聚丙烯（T30S）樣品采用3 h，且從冷凝液滴下第一滴開始計時。

2.3.4 萃取器情況 分析完成后，萃取器應用丙酮清洗，并用洗液定期浸泡防止堵塞濾孔。如果濾孔堵塞，則結果偏大或失真。

3 結論

本文研究了試樣預處理、萃取劑及萃取時間三方面對聚丙烯（T30S）等規指數變化的影響，并討論了試樣狀態、萃取劑用量等因素對分析結果準確度的影響。結果表明，試樣預處理未氮封、萃取劑為正己烷、萃取時間縮短至3.0 h時所測等規指數與試樣預處理經氮封、萃取劑為正庚烷、萃取6.0 h時所測等規指數的差值均小于0.20%，符合GB/T 2412-2008的誤差要求。

總之，本文的分析研究，既降低了分析成本，又提高了分析效率，有利于安全生產，可用于石油化工行業生產的聚丙烯（T30S）等規指數的中間控制和成品分析，達到了節能降耗和提高效率的預期目的。

[1]曹豫新，陳靈文，汪東華，等.低分辨率脈沖核磁共振法在聚丙烯等規度分析測試中的應用[J].分析儀器，2004，（1）：26-29.

[2]楊素，許平利.紅外光譜法在聚丙烯等規度分析測試中的應用[J].紅外，2008，29（4）：35-37.

[3]中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫總局中國國家標準化管理委員會.GB/T 2412-2008塑料聚丙烯（PP）和丙烯共聚物熱塑性塑料等規指數的測定[S].北京:中國標準出版社，2008.