聚烯烴彈性體POE密度的測定

孫文秀，陶青海，張愛民，戚 羿，齊 巖

(1.中國石油吉林石化公司 研究院，吉林 吉林 132021；2.中國石油吉林石化公司 化肥廠，吉林 吉林 132021；3.中國石油吉林石化公司 有機合成廠，吉林 吉林 132022；4.中國石油吉林石化公司 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的分子鏈段結構中既有樹脂相，又有橡膠相，這種特殊的形態結構使得POE既可用作橡膠，又可用作熱塑性彈性體。POE將成為替代傳統橡膠和塑料的極具發展前景的新型材料而廣泛應用于各行各業。另外，POE對聚丙烯(PP)優異的增韌改性效果也是現階段增韌劑三元乙丙橡膠(EPDM)無法比擬的，因此POE對傳統的增韌劑也構成了強有力的沖擊。對POE的研究必定成為高分子材料科研領域的一個熱門課題[1-3]。POE密度的改變導致材料用途發生變化，因此，密度是確定POE牌號最重要的指標之一[4]，也是項目研究中一項重要的控制分析指標。為配合POE小試科研工作，需要結合實驗室現有設備條件，建立一個簡便、快速、較為準確的密度測試方法。

POE的研究在我國處于剛剛起步階段，有關POE的技術指標測試文獻未曾找到。本文分別從樣品處理到樣品測試進行了全面實驗，建立了POE小試樣品密度的控制分析測試方法，同時進行了該方法的準確度和精密度研究。

1 實驗部分

1.1 原料

POE：牌號為8150、7467，美國DOW化學公司；浸漬液：蒸餾水，自制。

1.2 儀器設備

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

1.3 樣品處理

平板硫化機啟動后，上、下模溫度分別設定為120 ℃后合模，升溫。到達設定溫度后開模，將待處理的POE小試樣品放入兩片聚酯膜中間，再放進平板硫化機的上、下模之間后合模，樣品加熱時間為10～20 s。如此反復多次，直至壓實樣品，除去氣泡。取出處理后的樣片，待壓實的樣片冷卻到室溫后，剪成質量大于1 g的小試樣條待用。

1.4 密度的測定

固體密度的測試方法有多種，結合實驗室現有條件和控制分析簡便、快速、準確的特點，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的有機試劑。有機試劑多數為有毒有害液體，既對操作人員健康不利，排放時又污染環境。查閱相關文獻后[5-8]，選用電子密度天平及其標準配件——抗浮架測定POE的密度，測量時可以不使用有機試劑做浸漬液，選用蒸餾水做浸漬液，對操作人員的健康和環境起到了保護作用。

本文按下述步驟進行POE密度的測試，實驗前，試樣在(23±2)℃條件下放置2 h以上，達到溫度均衡后開始測試[9]。在浸漬液的吊欄上放抗浮架，在秤盤上放置所測固體，按鍵，儀器儲存樣品在空氣中的質量為mS,A。拿下所測固體，放在抗浮架底部，屏幕顯示樣品在浸漬液中的質量為mS,IL，按鍵，天平自動顯示所測POE密度值ρs。每個樣品至少測3個平行試樣后，計算3次測試的平均值，結果保留到小數點后第三位。

電子密度天平直接顯示的樣品密度值，是通過公式(1)計算得到的[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量，g；mS,IL為試樣在浸漬液中的質量，g；ρIL為浸漬液的密度，g/cm3(ρIL=0.998 g/cm3)。

2 結果與討論

2.1 樣品處理溫度實驗

小試合成的POE樣品呈蜂窩狀松散態，存在大量氣泡，如圖1所示，不能直接測其密度，因此，在測試前必須對樣品進行加熱、壓實除泡處理。

選用平板硫化機處理樣品，既能對樣品加熱，又能對樣品施加負荷。為確定樣品處理的溫度，做了硫化機處理樣品溫度實驗，加熱溫度范圍為80～150 ℃。實驗發現，低于120 ℃時，樣品熔化不完全，圖2為80 ℃條件下處理樣品效果；圖3為120 ℃時處理的樣片，外觀光滑無氣孔。高于120 ℃時，處理后的樣片外觀與120 ℃時效果相同，圖4為150 ℃條件下處理樣品效果。從樣品處理的效果來看，認為達到理想狀態的最低溫度為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 測密度用POE樣條

為了進一步證明樣品處理的適宜溫度，對同一個小試POE樣品分別在80 ℃、120 ℃和150 ℃進行處理，得到不同溫度下處理的POE樣片，每個溫度制5個樣片，每個樣片裁出一個樣條。用不同溫度下處理的小試POE樣條測試樣品密度，結果見表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 ℃時處理的樣品密度值偏低。測試樣條表面粗糙，放入浸漬液后表面有較多密集小氣泡，此狀態影響密度的準確測定，測得結果必然偏低；120 ℃時處理的樣品，測得的密度數據較平行；150 ℃時處理的樣品，測得密度數據尚可。綜合考慮，處理樣品的最佳溫度為120 ℃。

2.2 對照實驗及準確度實驗

處理樣品的理想狀態是既能壓實樣品、趕除氣泡，又不造成POE結構變化，保持其原有密度值不變。但在試樣加熱過程中存在試樣因高溫而降解或者因熱輻射而發生交聯作用的情況，使POE結構發生改變，導致試樣密度值發生變化。用2個不同牌號已知密度值的進口POE產品作為“標準樣品”，對它們進行與小試樣品同樣條件的加熱處理，再測定它們的密度。對照實驗結果表明，2個進口牌號POE產品的密度值處理前后結果相近，說明這種處理試樣方法對試樣的密度幾乎無影響，這種處理方法是可行的。分別對已知密度值的進口產品POE 8150、POE 7467進行加熱壓片處理，室溫冷卻后裁成樣條，每種產品分別裁剪6個樣條，用浸漬法測量樣品密度。進口POE樣品處理后的測試結果及相對誤差見表2。

表2 進口POE樣品處理前、后密度值及相對誤差

2.3 樣品測試及精密度實驗

隨機取3個小試POE樣品，分別編號為1#、2#、3#，對該3個樣品進行精密度實驗。對1#樣品進行加熱、壓實除泡處理后制成無氣泡樣片，如此處理1#樣品6次，得到6個無氣泡樣片，每個樣片各裁出1個樣條，測出6個樣條密度。同樣，按以上操作對2#、3#樣品進行處理，測出2#、3#樣品密度。測試結果及相對標準偏差見表3。

表3 小試POE樣品密度測試結果及相對標準偏差

3 結 論

(1) 通過平板硫化機對樣品進行預處理后，滿足了測試樣品密度試樣無氣孔的要求，從而可以對POE小試樣品進行密度測定。

(2) 對已知密度值的2個不同牌號的進口POE樣品進行相同加熱處理后，再測定它們的密度。結果表明，POE產品的密度值處理前后結果相近。說明處理過程不會改變試樣的性能指標，處理試樣的方法安全、有效可行。

(3) 結合實驗室現有設備條件和控制分析簡便、快速、準確的特點，建立了用浸漬法通過電子密度天平測定POE小試樣品密度的方法。利用密度天平標準配件——抗浮架測量浮體密度，不需要準備輕于水密度的有機溶液作為浸漬液，有利于操作人員健康和降低有機液體的排放。

(4) 準確度和精密度實驗的最大相對誤差為0.23%，最大相對標準偏差為0.17%，說明該方法的準確度較高，精密度較好，完全可以用于小試POE樣品密度的測定。

參 考 文 獻：

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