SH/T 1770-2010 塑料 聚乙烯水分含量的測定

范圍
本標準規(guī)定了用卡爾·費休庫侖法測定聚乙烯(PE)中水分含量的方法，該方法測定的水分含量與按照ISO 62測定的吸水性(動態(tài)和平衡態(tài))不同。
本標準適用于測定聚乙烯顆粒中的水分含量，也適用于聚乙烯制品中水分含量的測定。本方法適用于測定的水分含量水平可達0.01%或更低。
注: 水分含量是材料加工的一個重要參數(shù)，一般低于相關(guān)材料標準中的規(guī)定。

原理和反應(yīng)式
樣品稱量后放置在加熱爐內(nèi)，試樣中的水分在高溫下蒸發(fā)，用惰性載氣(通常是干燥氮氣)將水蒸氣送至滴定池內(nèi)，以卡爾·費休庫侖法滴定水分。
二氧化硫和試樣中的水將碘還原，生成三氧化硫和HI，傳統(tǒng)卡爾費休試劑中含有碘，而庫侖技術(shù)是從碘化物電解產(chǎn)生的碘。根據(jù)法拉第原理，產(chǎn)生碘的物質(zhì)的量與消耗的電量成正比，即1mg的水消耗10.71C電量，從而通過消耗的總電量計算出水分含量。反應(yīng)式如下：
   I₂ + SO₂ + H₂O → 2HI + SO₃
   2I^- - 2e^- → I₂

試劑和材料
除非另有說明，在分析中僅使用分析純試劑和蒸餾水或相應(yīng)純度的水。
陽極溶液
含有碘離子(為在反應(yīng)混合物中產(chǎn)生碘)，與儀器說明書一致(用于有隔膜滴定池)。
陰極溶液
甲醇(或其他合適的有機溶劑)中含有合適的鹽，與儀器說明書一致(用于有隔膜滴定池)。
通用試劑
含有碘離子(為在反應(yīng)混合物中產(chǎn)生碘)，與儀器說明書一致(用于無隔膜滴定池)。
中和溶液
含有約4mg/mL水的碳酸丙烯酯、乙二醇甲醚(2-甲氧基乙醇)或甲基纖維素的溶液。
注: 一般試驗中很少用到。
分子篩
3A，用作載氣的干燥劑。
硅膠
顆粒狀，直徑約2mm，用作載氣的初級干燥。
真空硅脂
水分含量很低或不含水并且具有低的吸水性，用于磨砂玻璃連接處的潤滑，以確保系統(tǒng)的密封性。
氮氣(N₂)
水分含量小于5mg/kg。

儀器
卡爾·費休庫侖滴定儀
包括控制單元和滴定池。滴定池由有隔膜或無隔膜電解池、雙針鉑電極和磁力攪拌器組成。滴定儀電解產(chǎn)生的碘與滴定池中的水分發(fā)生化學(xué)計量反應(yīng)，將產(chǎn)生碘所消耗的電量轉(zhuǎn)化為水分的量，并直接以數(shù)字讀出。
許多應(yīng)用中無隔膜電解池準確度已經(jīng)足夠，如果需要達到更高的準確度，推薦使用有隔膜電解池。
水蒸發(fā)器
包括能至少加熱至250°C的加熱單元、溫度控制單元、氣體流量計和裝有干燥劑的氣體干燥管。
根據(jù)加熱方式不同，加熱單元分為:
一一瓶式加熱法(方法A)，包括加熱爐和樣品瓶；
一一管式加熱法(方法B)，包括加熱爐和加熱管。
氣體流量計
流量控制滿足試驗要求。
微量注射器
容量10μL。
樣品舟
瓶式加熱法，可以使用玻璃瓶為樣品瓶，樣品瓶足以盛裝樣品并能放入加熱爐中。
管式加熱法，可以使用由鋁箔制成任意形狀的樣品舟，樣品舟足以盛裝樣品并能放入加熱管中。
分析天平
最小分度值1mg。




樣品制備
樣品可以是顆粒料、粉料、型材或模塑件等。
型材或模塑件應(yīng)切割至尺寸小于4mm×4mm×3mm。
選取不多于10g的典型樣品，由于樣品量很少，注意確保樣品具有代表性。
為保證試驗準確度，特別要注意樣品包裝，例如: 樣品可裝在具蓋玻璃瓶或隔水密封袋內(nèi)。

步驟
注意事項
由于被測水分含量很低，樣品在樣品舟、空氣或轉(zhuǎn)移設(shè)備中的任何時間都應(yīng)最大限度的注意避免被污染。 吸濕的樹脂樣品應(yīng)不受大氣影響。
為保證試驗準確度，特別要注意樣品處理。例如: 樣品處理應(yīng)在干燥氮氣或干燥空氣中進行。
儀器準備
按照儀器說明書安裝卡爾·費休庫侖滴定儀和水蒸發(fā)器，將干燥劑填入氣體干燥管。
在使用有隔膜電解池時，將大約200mL(按容器大小調(diào)整)陽極溶液倒入陽極電解池，將10mL陰極溶液倒入陰極電解池中。陰極液面應(yīng)低于陽極液面，以防止陰極溶液的污染物倒流。
在使用無隔膜電解池時，將大約200mL(按容器大小調(diào)整)通用試劑倒入電解池中。
打開電源，啟動測試方法。如果顯示的電壓值遠低于終點設(shè)定值，表明陽極溶液中碘過高，加入50µL～200µL中和溶液。
注: 不同廠家的終點設(shè)定值略有差異，通常電壓值遠低于該設(shè)定值時，儀器會自動提示過滴定。
連接水蒸發(fā)器和滴定池間的連接管路，同時打開滴定池的攪拌器，調(diào)節(jié)氣體流量計，使導(dǎo)氣管在滴定池里的氣泡一個一個地冒出，且氣泡分散上升而不連成串。用于材料的同類比較時，每次試驗應(yīng)固定載氣流量。將加熱爐升至規(guī)定試驗溫度，以驅(qū)除水蒸發(fā)器中的殘留水分。
試驗溫度應(yīng)參考材料標準, 推薦180°C。因為試驗溫度依賴于所用儀器和實際的環(huán)境，推薦按照附錄A規(guī)定的方法優(yōu)選試驗溫度。 如果在材料標準中沒有規(guī)定試驗溫度或沒有材料標準，也推薦使用附錄A的方法優(yōu)選試驗溫度。
抬起滴定池并輕輕搖動，以去除瓶壁上的殘留水。在滴定模式下攪拌溶液幾分鐘，干燥并穩(wěn)定內(nèi)部環(huán)境。
重新連接蒸發(fā)器和滴定池間的連接管，確保載氣在整個滴定過程中流通。此時儀器準備完畢。
設(shè)備檢查
為檢查卡爾· 費休庫侖滴定儀狀態(tài)是否正常，需用已知量的水進行測量。使用10µL微量注射器向滴定池中仔細注入5µL水，測量結(jié)果應(yīng)在5000µg±250µg之內(nèi)。
注: 也可使用其他合適的水標準樣品。
為檢查整個系統(tǒng)狀態(tài)是否正常， 在150°C用50mg二水合酒石酸鈉(Na₂C₄H₄O₆·2H₂O)進行測量，結(jié)果應(yīng)在15.6%±0.5%之內(nèi)。
注: 為檢查整個系統(tǒng)狀態(tài)是否正常，也可使用一水合檸檬酸鉀(K₃C₆H₅O₇·H₂O)標準樣品或其他標準樣品，使用方法參見所購標準樣品證書。
測定
瓶式加熱法(方法A)
根據(jù)儀器說明書的要求進行樣品瓶前處理準備。測試前，先取空的樣品瓶，分別用鋁箔封口并加蓋， 放置于儀器的漂移和空白測定位置。然后，在相同試驗條件下，直接用樣品瓶快速稱量樣品，并用鋁箔封口并加蓋，放置于儀器的樣品測定位置。
啟動樣品測量程序，開始測定。視儀器情況，確定空白值測量次數(shù)。
管式加熱法(方法B)
將樣品舟放置在加熱管內(nèi)，推至加熱爐加熱區(qū)內(nèi)干燥， 同時也將樣品舟入口處的殘留水分清除。待儀器背景漂移穩(wěn)定后，將樣品舟移至樣品入口處，使其冷卻。
直接用樣品舟(需將其從加熱管中移出)稱量樣品或用鋁箔稱量樣品。
如果樣品舟是由玻璃或其他使用后不可丟棄的材料制成，可以使用鋁箔包住試樣，以防止樣品熔融粘住樣品舟。該方式也可為防止將樣品移入樣品舟過程中灑落樣品。
如果直接用樣品舟稱量樣品，應(yīng)盡快將樣品舟放回加熱管中。如果使用鋁箔稱量樣品，無論是從樣品入口還是樣品舟入口放入，都應(yīng)盡快包裹樣品和放入樣品舟。
啟動樣品測量程序，將裝好樣品的樣品舟推入加熱爐的加熱區(qū)內(nèi)開始測定。如需進行空白試驗，在相同的試驗條件下，使用空樣品舟或空鋁箔進行空白值的測量。視儀器情況，確定空白值測量次數(shù)。
試樣量
所需試樣量見表1，準確稱量至1mg。


結(jié)果表示
試樣水分含量w 按公式(1)計算，以質(zhì)量分數(shù)%表示。

式中:
m_水   一一試樣中測得水的質(zhì)量，單位為微克(μg)；
m_試樣一一試樣質(zhì)量，單位為克(g)。
以兩次測定結(jié)果的算術(shù)平均值作為試驗結(jié)果，精確至0.001%。

精密度
同一樣品在同一實驗室，由同一操作員使用相同的設(shè)備，按相同的試驗方法，在短時間內(nèi)相互獨立測定，在95%的置信水平下，兩次平行測定所得結(jié)果的差值應(yīng)不大于0.003%。

附錄A  (資料附錄)
ISO 15512:2008 塑料水分含量測定試驗溫度的優(yōu)選方法

步驟
通過在幾個溫度下測定水分含量來優(yōu)選材料的試驗溫度。不同溫度點的間隔需要按照圖A.1所繪曲線的方法來選擇。從120°C至220°C的溫度范圍內(nèi)，推薦的優(yōu)選試驗溫度的最大溫度間隔為20°C。
輔助進行溶液黏度試驗，可以確認是否有產(chǎn)生水的反應(yīng)發(fā)生。


結(jié)果推斷
在Ⅰ區(qū)，樣品水分沒有*蒸發(fā)， 隨溫度升高水分含量成比例增加。
在Ⅱ區(qū)，所測水分含量幾乎接近恒定水平，該區(qū)域下的溫度范圍可看作是實際試驗環(huán)境下適宜的試驗溫度。通過水分含量測定前后的溶液黏度的測定來確定是否發(fā)生水反應(yīng)。(ISO 307，ISO 1628)
在Ⅲ區(qū)，所測水分含量呈現(xiàn)增高態(tài)勢，水分含量偏高的原因可能是由于類似于高溫熱降解反應(yīng)造成的。


京都電子KEM 卡爾·費休庫侖滴定儀MKC-710S + 瓶式加熱法水蒸發(fā)器CHK-501
京都電子KEM 卡爾·費休庫侖滴定儀MKC-710S + 管式加熱法水蒸發(fā)器ADP-611