梯度法測(cè)定聚乙烯密度的影響因素

李朦朦

(中國石化中原石油化工有限責(zé)任公司 ， 河南 濮陽 457000)

密度體現(xiàn)了聚乙烯產(chǎn)品的性能。準(zhǔn)確地測(cè)定聚乙烯密度對(duì)指導(dǎo)裝置生產(chǎn)至關(guān)重要。測(cè)定聚乙烯密度常用的方法有密度梯度柱法、比重瓶法、密度計(jì)法等，其中密度梯度柱法是比較常用的方法，同樣也是測(cè)定聚乙烯密度的仲裁方法[1-2]。

1 方法原理

密度梯度柱是根據(jù)懸浮的原理。利用異丙醇和蒸餾水的密度不同，以適當(dāng)?shù)谋壤謩e配成輕、重兩種溶液。將這兩種溶液緩慢注入密度梯度柱內(nèi)，進(jìn)而形成了自下而上密度依次減小且呈線性變化的液柱。根據(jù)輕、重溶液的密度，選擇一套(5～7個(gè))經(jīng)過檢定的標(biāo)準(zhǔn)浮子，輕輕放入上述密度梯度柱中，使均勻分布在密度梯度柱中。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)浮子的密度值以及所在高度，得到線性回歸方程。

2 實(shí)驗(yàn)部分

實(shí)驗(yàn)原料：中原石化生產(chǎn)的線性低密度聚乙烯DFDC-7050粒料。

儀器和試劑：異丙醇，分析純；蒸餾水；梯度柱，直徑50 mm、高1 000 mm，有環(huán)形刻度的玻璃管，分度值1 mm；恒溫水浴(23±0.1) ℃。

3 結(jié)果與討論

3.1 恒溫水浴

分別選擇23、25 ℃的恒溫水浴，觀察同一密度梯度柱工作曲線的變化，如圖1所示。

圖1 同一密度梯度柱在不同溫度下的工作曲線圖

密度柱內(nèi)梯度的形成，是由于輕、重兩種溶液相互擴(kuò)散處于動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)。溫度的變化使得擴(kuò)散速率發(fā)生改變，打破了原有的平衡狀態(tài)，從而導(dǎo)致梯度柱內(nèi)的密度發(fā)生了變化，最終影響了密度的準(zhǔn)確度。因此，密度梯度柱要嚴(yán)格控制恒溫水浴為(23±0.1)℃。

3.2 試樣選擇

選取密度不同的標(biāo)準(zhǔn)試樣，分別按照以下條件測(cè)定密度，結(jié)果見表1。

表1 試樣條件對(duì)試樣密度的影響 kg/L

由表1可知，試樣中有氣泡時(shí)，密度偏低，增加壓力后密度偏高，表面不平整的試樣密度無規(guī)律。在測(cè)定密度時(shí)，要選擇樣條內(nèi)部無氣泡，并且表面平整無毛刺、形狀規(guī)則的試樣。此外，在制樣過程中，聚合物的結(jié)晶度隨著制樣壓力增加而增大，進(jìn)而密度也偏高[2]。

3.3 密度柱內(nèi)液面的高度

密度柱內(nèi)恒溫水浴液面的高度要高于梯度柱內(nèi)液面的高度，否則梯度柱內(nèi)的溫度無法穩(wěn)定在(23±0.1) ℃內(nèi)，從而影響密度的線性關(guān)系，造成測(cè)定結(jié)果不準(zhǔn)確。

3.4 梯度柱的揮發(fā)

將配置好的密度柱不加蓋子，觀察72 h后浮子高度的變化。結(jié)果見圖2～3。

圖2 正常情況的密度工作曲線

如圖2、圖3所示，第一個(gè)浮子(密度0.909 9 kg/L)已升至液面。由于異丙醇易揮發(fā)，會(huì)使得梯度柱內(nèi)密度發(fā)生變化，從而造成浮子的高度發(fā)生變化，進(jìn)而第一個(gè)浮子浮于梯度柱的上方，造成密度柱不成線性，影響測(cè)定結(jié)果的準(zhǔn)確性。

圖3 不加蓋72 h后的工作曲線

4 結(jié)束語

分別討論了溫度、試樣、液面高度、密度柱的揮發(fā)對(duì)聚乙烯密度測(cè)定的影響以及注意事項(xiàng)。確定了水浴溫度為(23±0.1) ℃，試樣內(nèi)部無氣泡并且表面平整無毛刺、形狀規(guī)則，配制好的密度柱要加蓋子，并且恒溫水浴液面的高度要高于梯度柱內(nèi)液面的高度，對(duì)聚乙烯密度的測(cè)定影響最小。