布鲁克TENSOR—27红外光谱仪分析聚丙烯共聚物中乙烯含量的应用

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　　摘 要：将聚丙烯共聚物粒料或粉料放入预先准备好的模具中，模具上、下分别垫上铝箔，把模具放入压片机中进行加热和加压，制得规定要求厚度的样片，通过对试样进行红外光谱的扫描，测得其中乙烯含量，能快速为工艺提供准确的分析数据，满足了工艺运行的需求。
　　关键词：聚丙烯共聚物；样片；红外光谱；扫描；数据；满足；工艺运行
　　Abstract：Putting the polypropylene pellet or powder into the prepared mold，Aluminum foil is placed on the top and bottom of the mold， and the mold is put into the tablet press for heating and pressurization.We can prepare samples with required thickness. Through infrared spectrum scanning of the sample，the ethylene content is obtained.The method can quickly provide accurate analysis data for the technology， and this method satisfied the requirements of process debugging.
　　Keywords：Polypropylene copolymer；Sample；Infrared spectrum；Scanning；Analyze data；Requirement；Process operation
　　聚丙烯共聚物是在聚丙烯中加入乙烯分子进行共聚而制得。乙烯的加入可改进聚丙烯的光学性能（增加了透明度并减少了浊度），提高抗冲击性能，降低熔化温度，而乙烯含量的大小也直接影响着上述各项指标的高低，目前，国内大多利用红外光谱测定乙烯含量，利用乙烯特征峰面积与乙烯含量做标准曲线[1]，来对聚丙烯共聚物中乙烯含量进行分析，得到准确的分析数据，满足工艺运行的需求。
　　1 红外光谱分析的原理
　　红外光谱又称为振动转动光谱，当分子收到红外光的辐射，产生振动能级（同时伴随转动能级）的跃迁，在振动（转动）时偶极矩改变者就吸收红外光子，形成红外吸收光谱。用红外光谱法进行物质的定性和定量分析；傅里叶变换红外光谱仪首先把光源发出的光，经干涉仪变成干涉光，再让干涉光照射样品，经检测器获得干涉图，由计算机把干涉图进行处理而得到吸收光谱。
　　2 实验部分
　　2.1 测试环境要求
　　①测试环境温度要求：18℃-35℃；
　　②测试湿度要求：小于70%；
　　③测量对温度变化敏感：通常要求温度变化不超过每小时1℃，一天不超过2℃；
　　④光谱仪不能放置在交通繁忙或靠近振动源（通风口、空调、马达）的地方。
　　2.2 所用仪器
　　①傅里叶变换红外光谱仪：德国布鲁克公司，仪器型号TENSOR-27；所选光谱范围：400cm-1～4000cm-1；分辨率：4cm-1；扫描次数：16；
　　②压片机：德国COLLING公司；仪器型号：P400PM。
　　2.3 试验方法
　　2.3.1 样片的制备
　　①将压片机升温至200℃；
　　②在聚酯膜和铝箔之间放入一定量的聚丙烯样品；
　　③在200℃，150bar下预热30s；
　　④在180bar下压实30s，并冷120s使膜厚度在200μm±10μm范围内。
　　2.3.2 样片要求
　　①样片测定区域一定不能有凹陷、气泡、不能有肉眼可见的杂质，样必须溶解均匀，对于溶解不好或有缺陷的样品必须重新压片，直至压出无缺陷的样品；
　　②样片必须经过至少两次的压片成型，乙烯含量更加均匀，保证测定结果的代表性；
　　③根据乙烯含量的大小，控制压片的厚度，一般Et=0～15%时，测样片厚度控制在（200±10）μm之间为宜。
　　2.3.3 试样的测试
　　2.3.3.1 标准曲线的建立
　　使用布鲁克红外光谱仪分析聚丙烯共聚物中乙烯含量的前提是，必须有已知准确乙烯含量的聚丙烯标准样品，测定其信号强度，建立起标准曲线，经反测已知乙烯含量的聚丙烯，结果准确无误后，确定该标准曲线建立成功，可用聚丙烯样品乙烯含量的测定。以专利商提供的E-13061为标样，用傅立叶红外光谱仪对薄膜样片进行红外光谱扫描，得出750cm-1-700cm-1波数处的吸光度，扣除以空气为背景的吸光度，进行聚丙烯中乙烯含量方法的建立[2]：
　　2.3.3.2 样品的测定
　　①紅外光谱仪开机稳定30min后，检查仪器的能量、分辨率、仪器信号是否达到规定值，进行背景扫描；
　　②将压好的样片置于样品经无水乙醇处理干净，并晾干后放于样品支架上；
　　③打开仪器上开，快速将样品支架放于样品室内，进行样品扫描，得样品谱图1；
　　④在界面左侧选中要分析的曲线名称，在弹出的对话框中点击“调入定量方法”，在“定量分析1--选择定量1方法”界面选中要用的方法名称，并双击打开此方法，然后，点击“分析”，即出现“QUANT评价结果”，其预测值即为分析结果；如果不需要改变分析方法进行分析时，每次选中要分析的曲线名称，点击“定量1分析”图标，即可得分析结果；
　　⑤如果要分析以前谱图的分析结果：点击“文件”，在其下拉菜单点击“调入文件方法”，选中要分析的谱图名称，点击定量分析即可得出分析结果； 　　⑥单位以百分含量表示。
　　2.4 方法准确度和精密度的检验
　　2.4.1 方法准确度的检验
　　利用乙烯含量准确的抗冲共聚物的标准样品，对标准工作曲线进行反标，测试结果见表1。
　　由表1可知，相对误差最大值为 2.22%，表明分析结果的准确性高，但受到高聚物结构不均匀性的影响，在实际应用中，真值与测试值之间误差大小是随机的[2]。
　　2.4.2 生产过程中实际应用分析结果数据统计
　　用上述方法对蒲城清洁能源化工有限责任公司生产的三个牌号的粉料样品，分别压制5个样片，对所压制的5个样片分别进行分析，其分析结果见表2。
　　由表2可知，测定结果的相对标准偏差的最大值为1.67%，表明该方法的精密度良好，可以应用于生产无规共聚物中乙烯含量的分析检验中。
　　3 误差产生的原因分析
　　3.1 样片的影响
　　在样片制备中要严格按照操作步骤操作，样片厚度要严格控制，样片测定区域一定不能有凹陷、气泡、不能有肉眼可见的杂质，样必须溶解均匀，对于熔融不好或有缺陷的样品必须重新压片，直至压出无缺陷的样片；测定过程中样片一定要干净，测试时要用酒精处理样片上的污渍，用纱布擦干或用晾干的方法等酒精干后再进行测试，测量过程中避免用手接触样片表面，以免污染样片。
　　3.2 样品均匀性的影响
　　聚合物内部晶体排列和分子取向的不同产生的结构的不均匀性，会导致红外光谱吸收差异[3]，聚丙烯样品在聚合的过程中，必须经过至少两次的压片成型，乙烯含量更加均匀，保证测定结果的代表性。
　　3.3 样片厚度的影响
　　由于样品热压制膜过程涉及温度、压力、时间、样品硬度等各方面的影响，实验室条件下很难重复制备厚度均一的测试样片，因此测试时必须消除厚度所引入的误差[4]。
　　3.4 仪器稳定性的影响
　　红外光谱仪开机必须稳定30min后，檢查仪器的能量、分辨率、仪器信号是否达到规定值，再进行分析操作；红外光谱仪较为精密，在测试过程中应防止震动仪器，以免影响分析结果；并且每天检查仪器光源能量值， 保持光源能量值稳定，每天进行背景扫描，消除环境变化对测量结果的影响。
　　4 布鲁克红外光谱仪分析聚丙烯共聚物中乙烯含量的优点
　　①对于厚度相同的标准样品，直接进行信号测定，在700cm-1-750cm-1波长范围内建立标准曲线，进行同厚度样品的定量分析；
　　②对于不同厚度标准样片，其厚度对分析结果会产生影响，当标准样片信号检查完后，在建立方法的过程中，通过光谱计算器进行光谱的处理，消除其厚度对分析结果的影响，由处理后的谱图进行标准曲线的建立，由标准曲线对未知样片进行定量分析，得出分析结果。
　　5 结论
　　①布鲁克红外光谱仪分析聚丙烯共聚物中乙烯含量，其标准曲线制备方法简单，仪器稳定，对样品分析结果处理方便，分析速度快，结果准确；能够及时为工艺提供分析结果，保证工艺转牌号的需要，也适宜于大批量塑料产品的快速测定，可有效提高经济效益；
　　②布鲁克红外光谱仪分析聚丙烯共聚物中乙烯含量的探索性的实践，为测定聚丙烯共聚物中乙烯含量提供了可参考性的借鉴。
　　参考文献：
　　[1]梁亚辉.红外光谱法测定聚丙烯共聚物中乙烯含量[J].化工管理，2013（6）：90-91.
　　[2]程清.红外光谱法快速测定无规共聚物中乙烯的含量[J].现代科学仪器，2008（3）：75-77.
　　[3]郝军，王晓娟.傅立叶变换红外光谱法快速测定乙丙共聚物中的乙烯含量[J].应用化工，2009，38（5）：752-754.
　　[4]房迎春，程清，李守超等.红外光谱法快速测定聚丙烯三元共聚物中C2与C4含量[J].分析仪器，2016（4）：17-19.
　　作者简介：
　　梁科红（1979- ），女，本科，工程师，2004年7月毕业于陕西咸阳师范学院化学教育专业，现从事聚烯烃检测分析技术管理工作。
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