臺式核磁共振儀在抗沖共聚聚丙烯中橡膠相含量測試中的應(yīng)用

王振華

（中國石油四川石化有限責(zé)任公司，四川成都 611930）

1 前言

抗沖共聚聚丙烯作為一種高性能的聚烯烴材料，具有優(yōu)良的低溫抗沖擊性能，在汽車、家用電器等諸多領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。橡膠相含量是抗沖共聚聚丙烯的重要質(zhì)量指標(biāo)，抗沖共聚聚丙烯材料的目標(biāo)是在提高韌性的同時(shí)盡可能降低剛性的損失，實(shí)現(xiàn)較為理想的剛韌平衡，韌性來源于橡膠相，剛性來源于基體相[1]。在生產(chǎn)過程中主要通過α-烯烴的加入量來調(diào)整橡膠相含量，通過化驗(yàn)室反饋的橡膠相含量數(shù)據(jù)反復(fù)調(diào)整α-烯烴的加入量，直至橡膠相含量達(dá)到理想的數(shù)值。使用臺式核磁共振儀測定抗沖共聚聚丙烯中的橡膠相含量，經(jīng)反復(fù)測試，工作曲線穩(wěn)定，數(shù)據(jù)重復(fù)性好，不因人為因素產(chǎn)生誤差，該方法環(huán)保，不破壞材料的形態(tài)，可反復(fù)測試。可在35min內(nèi)完成抗沖共聚聚丙烯中橡膠相含量的測試，生產(chǎn)裝置可據(jù)此及時(shí)快速調(diào)整α-烯烴（乙烯）的加入量，大大縮短工藝參數(shù)調(diào)整的時(shí)間，減少過渡料或不合格物料的產(chǎn)生。

2 臺式核磁共振儀工作原理

抗沖共聚聚丙烯是不同分子的聚集體，聚合物聚集態(tài)結(jié)構(gòu)中有排列比較整齊的高結(jié)晶區(qū)、有無規(guī)排列的無定形區(qū)。等規(guī)和間規(guī)聚丙烯含量稱為“等規(guī)度”或“等規(guī)指數(shù)”，無定形部分即橡膠相含量稱為“二甲苯可溶物”或“橡膠相”。

樣品處于磁場中，樣品質(zhì)子被磁化并產(chǎn)生一個(gè)磁化矢量，磁化矢量的大小與質(zhì)子的數(shù)量成正比。給磁化矢量外加一個(gè)短而強(qiáng)的90°射頻脈沖，會(huì)產(chǎn)生核磁共振現(xiàn)象，將磁化矢量激發(fā)旋轉(zhuǎn)到與主磁場垂直的方向，激發(fā)旋轉(zhuǎn)后的磁化矢量隨后發(fā)生自由感應(yīng)衰減。即排列規(guī)整的部分（等規(guī)部分）衰減快，更快地達(dá)到平衡狀態(tài)，而排列不規(guī)整的部分（橡膠部分）衰減慢[2]。通過比較兩個(gè)特征時(shí)間點(diǎn)上衰減信號，得到樣品的核磁響應(yīng)值，建立核磁響應(yīng)值與抗沖共聚聚丙烯中的橡膠相含量的線性關(guān)系曲線后，即可通過核磁響應(yīng)值給出產(chǎn)品的抗沖共聚聚丙烯中的橡膠相含量。

3 試驗(yàn)部分

3.1 實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備

臺式核磁共振儀：英國牛津公司，型號為MQC。

干式恒溫器，杭州奧盛儀器有限公司，型號為MK200-2。

壓片機(jī)，美國LabTech公司。

傅里葉變換紅外光譜儀，美國Nicolet公司，型號iS10 FTIR，波長為4 000～400cm-1，分辨率2cm-1，掃描次數(shù)32次，分束器KBr，檢測器DTGS。

天平：精度0.1mg

3.2 實(shí)驗(yàn)原料

標(biāo)準(zhǔn)樣品，由美國GRACE公司提供，橡膠相含量為4.59%、15.7%、19.97%、20.47%、27.01%、32.89%。

測試樣品為市購抗沖共聚聚丙烯EPS30R。

3.3 工作曲線建立

（1）樣品處理：每個(gè)標(biāo)樣稱取5g左右；直接放入恒溫器（恒溫器溫度設(shè)定在39.8℃），記錄時(shí)間，恒溫至少0.5h，進(jìn)行測試，建工作曲線。

（2）打開桌面的EasyCal Applications軟件目錄，雙擊工作曲線建立程序，自動(dòng)進(jìn)去建立曲線工作界面，點(diǎn)擊開始按鈕。

（3）根據(jù)屏幕的提示，插入相應(yīng)的調(diào)諧樣品；軟件自動(dòng)調(diào)整儀器參數(shù)。

（4）儀器參數(shù)調(diào)試結(jié)束后，在工作曲線對話框內(nèi)輸入相應(yīng)的工作曲線文件名，然后點(diǎn)擊繼續(xù)；

（5）根據(jù)屏幕提示，插入一個(gè)重量最高的樣品（另外稱一個(gè)重量為6g的樣品），進(jìn)行儀器接收器增益的優(yōu)化。

（6）優(yōu)化結(jié)束后，再次插入調(diào)諧樣品；在樣品信息對話框中輸入相應(yīng)的樣品信息，再插入樣品，并點(diǎn)擊繼續(xù)；

（7）在第一個(gè)樣品測試結(jié)束后，軟件會(huì)提示你是否繼續(xù)測定下一個(gè)樣品？點(diǎn)擊“是”插入下一個(gè)測試標(biāo)樣。重復(fù)上述過程直到標(biāo)樣測試全部結(jié)束。

完成建立工作曲線，核磁響應(yīng)信號與橡膠相含量之間呈線性關(guān)系，相關(guān)系數(shù)為0.998。

4 結(jié)果與討論

4.1 準(zhǔn)確度

用傅立葉紅外光譜儀和臺式核磁共振儀分別測定了10個(gè)抗沖共聚聚丙烯樣品的橡膠相含量，結(jié)果見表1。

表1 傅立葉紅外光譜儀和臺式核磁共振儀測定抗沖共聚聚丙烯中橡膠相含量的比較

結(jié)果表明，臺式核磁共振儀和傅立葉紅外光譜儀的測定結(jié)果的偏差在±0.3%以內(nèi)，相對偏差在±2%以內(nèi)，因此可以認(rèn)為臺式核磁共振儀和傅立葉紅外光譜儀的測試結(jié)果基本一致，能夠反映出生產(chǎn)過程中橡膠相含量的變化。

4.2 精密度

取3組不同橡膠相含量的抗沖共聚聚丙烯樣品，用臺式核磁共振儀進(jìn)行8次測試，考查重復(fù)性，重復(fù)性測試結(jié)果如表2所示。測試結(jié)果表明，使用臺式核磁共振儀測試同一樣品時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)偏差小于0.07，具有較好的重復(fù)性和精密度。

表2 重復(fù)性測試結(jié)果

5 結(jié)論

1）臺式核磁共振儀測試抗沖共聚聚丙烯中橡膠相含量的分析方法，能夠滿足準(zhǔn)確度和精密度的要求，與傅立葉紅外光譜法測定結(jié)果一致。

2）臺式核磁共振儀測試抗沖共聚聚丙烯中橡膠相含量的分析方法，操作簡單，測試速度快，能夠最大限度地降低勞動(dòng)強(qiáng)度，節(jié)省人力。

3）臺式核磁共振儀測試抗沖共聚聚丙烯中橡膠相含量的分析方法，不需要化學(xué)試劑，綠色環(huán)保，無副作用，無三廢產(chǎn)生。