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在PET材料的生產(chǎn)和科研中,特性粘度是最為重要的指標(biāo)之一,所以特性粘度結(jié)果的準(zhǔn)確性尤為重要。特性粘度采用烏氏粘度計(jì)法測定的,從取樣到樣品前處理,再到樣品測試,環(huán)節(jié)眾多,每一個(gè)環(huán)節(jié)都會(huì)影響到最后的結(jié)果值。
1、溶劑密度的控制
PET是一種極性結(jié)晶性的高分子,因此在常溫下沒有合適的溶劑。按照標(biāo)準(zhǔn)國內(nèi)主要使用的試劑是苯酚:四氯乙烷(50:50)和苯酚:四氯乙烷(60:40)。它是一個(gè)混合試劑,溶劑的比例對(duì)特性粘度結(jié)果有顯著影響,因此需要嚴(yán)格控制。特性粘度分析值與溶劑密度呈正比關(guān)系,溶劑密度變化0.001g/cm3,纖維級(jí)切片(特性粘度0.62-0.66 dl/g)的結(jié)果值變化會(huì)在0.001-0.002dl/g左右,瓶級(jí)切片(特性粘度0.82-0.88dl/g)的結(jié)果值變化在0.002-0.003dl/g左右,需要控制溶劑密度范圍,建議控制到中心值以上。
同時(shí)要認(rèn)真關(guān)注試劑質(zhì)量(苯酚容易氧化和含水)。
因素 | 纖維切片 | 瓶級(jí)切片 |
密度范圍 | 苯酚:四氯乙烷1:1 (1.280±0.003)g/cm3 苯酚:四氯乙烷3:2 (1.235±0.003)g/cm3 | 苯酚:四氯乙烷3:2 (1.235±0.003)g/cm3 |
溶劑密度控制:在(25±0.02)℃的恒溫水浴中用密度計(jì)測定配制好的溶劑的密度。 |
2、水分含量的控制
實(shí)驗(yàn)證明水分含量直接影響特性粘度結(jié)果值,試樣中水分的含量與特性粘度值成反比,水分含量越大,特性粘度值越小。因此試劑中的水含量和切片的水含量都需要控制。通過實(shí)驗(yàn)測試發(fā)現(xiàn),當(dāng)溶劑中水含量小于0.2%時(shí)特性粘度值完正常;當(dāng)溶劑中水含量為0.3%時(shí)瓶級(jí)切片特性粘度下降0.002dl/g,纖維級(jí)切片特性粘度下降0.001dl/g;當(dāng)水含量達(dá)到0.4%時(shí),瓶級(jí)切片特性粘度下降0.004dl/g左右,纖維級(jí)切片特性粘度下降0.002dl/g左右;當(dāng)溶劑中水含量達(dá)到0.5%時(shí),瓶級(jí)切片特性粘度下降0.008dl/g左右,纖維級(jí)切片特性粘度下降0.005dl/g左右,數(shù)據(jù)嚴(yán)重偏小,并且平行不好。
因素 | 纖維切片 | 瓶級(jí)切片 |
水分含量 | 若試樣水分含量高于0.5%,則需要將試樣放置于真空干燥箱中,壓力低于133.5Pa,溫度為105℃,干燥3小時(shí) | 若試樣水分含量高于0.3%,則需要將試樣放置于真空干燥箱中,壓力低于133.5Pa,溫度為105℃,干燥3小時(shí) |
3、PET樣品的處理方式
纖維級(jí)切片整體結(jié)構(gòu)均勻,特性粘度小,用剪刀1顆剪4小顆即可。
瓶級(jí)切片由于在增粘過程中切片表面到切片中心的增粘幅度不一致,造成樣品粉碎手法的差異對(duì)粘度測試結(jié)果有較大影響,這也是瓶級(jí)切片粘度測試差異大的主要原因之一。根據(jù)經(jīng)驗(yàn),瓶片比較好的樣品粉碎方式如下:將約50g的樣品置于粉碎機(jī)中,加入一定量的液氮(將切片浸沒),立即接通電源粉碎樣品5~8s,重復(fù)操作3~4次,總的粉碎時(shí)間不超過30s。
因素 | 纖維切片 | 瓶級(jí)切片 |
樣品處理方式 | 切片機(jī)或者剪刀剪碎 | 粉碎機(jī)粉碎 |
如果粉碎時(shí)間過長,一般導(dǎo)致測試結(jié)果偏低;如果粉碎時(shí)間過短,則一般測試結(jié)果偏高。因此,瓶級(jí)聚酯切片的粉碎手法必須嚴(yán)格控制。 |
4、稱量測試試樣的質(zhì)量控制
最少需要0.1mg精度的分析天平,精準(zhǔn)秤取0.125±0.005g,精確到0.0001,確保稱量的精準(zhǔn)度,最少多次復(fù)測樣品克數(shù),以確保準(zhǔn)確度。一般情況樣品質(zhì)量偏差0.0001g,特性粘度結(jié)果相差0.0005dl/g左右。
5、25ml溶劑移液體積的控制
建議用移液器(卓祥ZYQ-50)精準(zhǔn)移取25ml。或者用分析天平稱重精準(zhǔn)獲取。體積相差0.1%,特性粘度結(jié)果相差0.0007dl/g左右。并且建議存放溶劑的儲(chǔ)液瓶放置在25°環(huán)境下,因?yàn)闇囟茸兓螅迫〉膶?shí)際體積也會(huì)發(fā)生變化。
6、PET樣品的溶解時(shí)間
目前實(shí)驗(yàn)室在用溶解樣品的設(shè)備有加熱磁力攪拌器、水浴/油浴振蕩器、金屬浴溶樣器等,
加熱磁力攪拌器分為功率控溫和傳感器控溫,都是依靠底部受熱,功率控溫會(huì)根據(jù)室溫溫度改變而改變,加之它本身控制溫度偏差也比較大,還有樣品瓶底部厚度以及拱起形狀等因素影響受熱不均,一般國產(chǎn)加熱磁力攪拌器溫度偏差10-30℃,進(jìn)口的加熱磁力攪拌器會(huì)好一些,能控制在5℃左右。
水浴/油浴振蕩器的溫度控制能在±2°,它的缺點(diǎn)是加熱速度慢,并且在樣品溶解后需要擦拭樣品瓶外壁。水浴振蕩器只能用于纖維級(jí)切片溶解,溶劑與水不溶,所以在溶解過程特別注意樣品瓶的密封,防止水氣進(jìn)入樣品瓶內(nèi)導(dǎo)致樣品作廢。油浴振蕩器浴液選用甘油效果佳。
金屬浴溶樣器(卓祥MSB-15)溶樣效果為最佳,操作方便簡潔,整體加熱均勻,控溫精度(±1°),升溫速度快,因素干擾少,并且同時(shí)溶樣數(shù)量多。
因素 | 纖維切片 | 瓶級(jí)切片 |
溶樣時(shí)間 | 溶樣溫度在90~100℃,溶解30min內(nèi)。 | 溶解溫度為110±10℃,溶解30min內(nèi)。 |
控制溶樣溫度是控制溶液本身的溫度,而非加熱裝置的溫度。因?yàn)闇囟瘸髸?huì)導(dǎo)致聚合物降解,溫度太小導(dǎo)致溶樣不全,故要控制溶液溫度。 超溫會(huì)導(dǎo)致聚合物降解,溶樣時(shí)間過長同樣導(dǎo)致聚合物降解。
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7、粘度儀水浴溫度控制要求
纖維級(jí)切片特性粘度測試方法國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T14190規(guī)定,粘度計(jì)水浴槽的溫度控制范圍(25±0.05)℃,ASTM-D-4603規(guī)定水浴槽溫度控制范圍(30±0.01)℃,瓶級(jí)聚酯切片特性粘度分析國標(biāo)GB 17931規(guī)定粘度計(jì)水浴槽溫度控制范圍(25±0.02)℃。
特性粘度是溫度的函數(shù),測試時(shí)需嚴(yán)格控制水浴槽的溫度。目前卓祥科技所有系列的浴槽溫度控制精度均<±0.01℃。
8、環(huán)境濕度對(duì)特性粘度測試結(jié)果的影響
一般情況下環(huán)境濕度對(duì)特性粘度結(jié)果沒有太大的影響,但在特殊情況下,環(huán)境濕度對(duì)特性粘度測試的結(jié)果卻有顯著的影響,比如南方的梅雨季節(jié),或者環(huán)境濕度大于90%的時(shí)候。當(dāng)濕度在45%和90%情況下,濕度越大特性粘度結(jié)果會(huì)偏小,一般情況下特性粘度值會(huì)小0.01dl/g左右。因此,對(duì)于環(huán)境濕度大的情況,要規(guī)定在樣品處理后必須對(duì)其進(jìn)行干燥處理再溶解。在條件允許下,用除濕機(jī)對(duì)控制室內(nèi)濕度進(jìn)行控制,讓其盡可能<45%以下。
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