塑料 聚乙烯水分含量的测定

SH/T 1770-2010 塑料 聚乙烯水分含量的测定

范围
本标准规定了用卡尔·费休库仑法测定聚乙烯(PE)中水分含量的方法，该方法测定的水分含量与按照ISO 62测定的吸水性(动态和平衡态)不同。
本标准适用于测定聚乙烯颗粒中的水分含量，也适用于聚乙烯制品中水分含量的测定。本方法适用于测定的水分含量水平可达0.01%或更低。
注: 水分含量是材料加工的一个重要参数，一般低于相关材料标准中的规定。

原理和反应式
样品称量后放置在加热炉内，试样中的水分在高温下蒸发，用惰性载气(通常是干燥氮气)将水蒸气送至滴定池内，以卡尔·费休库仑法滴定水分。
二氧化硫和试样中的水将碘还原，生成三氧化硫和HI，传统卡尔费休试剂中含有碘，而库仑技术是从碘化物电解产生的碘。根据法拉第原理，产生碘的物质的量与消耗的电量成正比，即1mg的水消耗10.71C电量，从而通过消耗的总电量计算出水分含量。反应式如下：
   I₂ + SO₂ + H₂O → 2HI + SO₃
   2I^- - 2e^- → I₂

试剂和材料
除非另有说明，在分析中仅使用分析纯试剂和蒸馏水或相应纯度的水。
阳极溶液
含有碘离子(为在反应混合物中产生碘)，与仪器说明书一致(用于有隔膜滴定池)。
阴极溶液
甲醇(或其他合适的有机溶剂)中含有合适的盐，与仪器说明书一致(用于有隔膜滴定池)。
通用试剂
含有碘离子(为在反应混合物中产生碘)，与仪器说明书一致(用于无隔膜滴定池)。
中和溶液
含有约4mg/mL水的碳酸丙烯酯、乙二醇甲醚(2-甲氧基乙醇)或甲基纤维素的溶液。
注: 一般试验中很少用到。
分子筛
3A，用作载气的干燥剂。
硅胶
颗粒状，直径约2mm，用作载气的初级干燥。
真空硅脂
水分含量很低或不含水并且具有低的吸水性，用于磨砂玻璃连接处的润滑，以确保系统的密封性。
氮气(N₂)
水分含量小于5mg/kg。

仪器
卡尔·费休库仑滴定仪
包括控制单元和滴定池。滴定池由有隔膜或无隔膜电解池、双针铂电极和磁力搅拌器组成。滴定仪电解产生的碘与滴定池中的水分发生化学计量反应，将产生碘所消耗的电量转化为水分的量，并直接以数字读出。
许多应用中无隔膜电解池准确度已经足够，如果需要达到更高的准确度，推荐使用有隔膜电解池。
水蒸发器
包括能至少加热至250°C的加热单元、温度控制单元、气体流量计和装有干燥剂的气体干燥管。
根据加热方式不同，加热单元分为:
一一瓶式加热法(方法A)，包括加热炉和样品瓶；
一一管式加热法(方法B)，包括加热炉和加热管。
气体流量计
流量控制满足试验要求。
微量注射器
容量10μL。
样品舟
瓶式加热法，可以使用玻璃瓶为样品瓶，样品瓶足以盛装样品并能放入加热炉中。
管式加热法，可以使用由铝箔制成任意形状的样品舟，样品舟足以盛装样品并能放入加热管中。
分析天平
最小分度值1mg。




样品制备
样品可以是颗粒料、粉料、型材或模塑件等。
型材或模塑件应切割至尺寸小于4mm×4mm×3mm。
选取不多于10g的典型样品，由于样品量很少，注意确保样品具有代表性。
为保证试验准确度，特别要注意样品包装，例如: 样品可装在具盖玻璃瓶或隔水密封袋内。

步骤
注意事项
由于被测水分含量很低，样品在样品舟、空气或转移设备中的任何时间都应最大限度的注意避免被污染。 吸湿的树脂样品应不受大气影响。
为保证试验准确度，特别要注意样品处理。例如: 样品处理应在干燥氮气或干燥空气中进行。
仪器准备
按照仪器说明书安装卡尔·费休库仑滴定仪和水蒸发器，将干燥剂填入气体干燥管。
在使用有隔膜电解池时，将大约200mL(按容器大小调整)阳极溶液倒入阳极电解池，将10mL阴极溶液倒入阴极电解池中。阴极液面应低于阳极液面，以防止阴极溶液的污染物倒流。
在使用无隔膜电解池时，将大约200mL(按容器大小调整)通用试剂倒入电解池中。
打开电源，启动测试方法。如果显示的电压值远低于终点设定值，表明阳极溶液中碘过高，加入50µL～200µL中和溶液。
注: 不同厂家的终点设定值略有差异，通常电压值远低于该设定值时，仪器会自动提示过滴定。
连接水蒸发器和滴定池间的连接管路，同时打开滴定池的搅拌器，调节气体流量计，使导气管在滴定池里的气泡一个一个地冒出，且气泡分散上升而不连成串。用于材料的同类比较时，每次试验应固定载气流量。将加热炉升至规定试验温度，以驱除水蒸发器中的残留水分。
试验温度应参考材料标准, 推荐180°C。因为试验温度依赖于所用仪器和实际的环境，推荐按照附录A规定的方法优选试验温度。 如果在材料标准中没有规定试验温度或没有材料标准，也推荐使用附录A的方法优选试验温度。
抬起滴定池并轻轻摇动，以去除瓶壁上的残留水。在滴定模式下搅拌溶液几分钟，干燥并稳定内部环境。
重新连接蒸发器和滴定池间的连接管，确保载气在整个滴定过程中流通。此时仪器准备完毕。
设备检查
为检查卡尔· 费休库仑滴定仪状态是否正常，需用已知量的水进行测量。使用10µL微量注射器向滴定池中仔细注入5µL水，测量结果应在5000µg±250µg之内。
注: 也可使用其他合适的水标准样品。
为检查整个系统状态是否正常， 在150°C用50mg二水合酒石酸钠(Na₂C₄H₄O₆·2H₂O)进行测量，结果应在15.6%±0.5%之内。
注: 为检查整个系统状态是否正常，也可使用一水合柠檬酸钾(K₃C₆H₅O₇·H₂O)标准样品或其他标准样品，使用方法参见所购标准样品证书。
测定
瓶式加热法(方法A)
根据仪器说明书的要求进行样品瓶前处理准备。测试前，先取空的样品瓶，分别用铝箔封口并加盖， 放置于仪器的漂移和空白测定位置。然后，在相同试验条件下，直接用样品瓶快速称量样品，并用铝箔封口并加盖，放置于仪器的样品测定位置。
启动样品测量程序，开始测定。视仪器情况，确定空白值测量次数。
管式加热法(方法B)
将样品舟放置在加热管内，推至加热炉加热区内干燥， 同时也将样品舟入口处的残留水分清除。待仪器背景漂移稳定后，将样品舟移至样品入口处，使其冷却。
直接用样品舟(需将其从加热管中移出)称量样品或用铝箔称量样品。
如果样品舟是由玻璃或其他使用后不可丢弃的材料制成，可以使用铝箔包住试样，以防止样品熔融粘住样品舟。该方式也可为防止将样品移入样品舟过程中洒落样品。
如果直接用样品舟称量样品，应尽快将样品舟放回加热管中。如果使用铝箔称量样品，无论是从样品入口还是样品舟入口放入，都应尽快包裹样品和放入样品舟。
启动样品测量程序，将装好样品的样品舟推入加热炉的加热区内开始测定。如需进行空白试验，在相同的试验条件下，使用空样品舟或空铝箔进行空白值的测量。视仪器情况，确定空白值测量次数。
试样量
所需试样量见表1，准确称量至1mg。


结果表示
试样水分含量w 按公式(1)计算，以质量分数%表示。

式中:
m_水   一一试样中测得水的质量，单位为微克(μg)；
m_试样一一试样质量，单位为克(g)。
以两次测定结果的算术平均值作为试验结果，精确至0.001%。

精密度
同一样品在同一实验室，由同一操作员使用相同的设备，按相同的试验方法，在短时间内相互独立测定，在95%的置信水平下，两次平行测定所得结果的差值应不大于0.003%。

附录A  (资料附录)
ISO 15512:2008 塑料水分含量测定试验温度的优选方法

步骤
通过在几个温度下测定水分含量来优选材料的试验温度。不同温度点的间隔需要按照图A.1所绘曲线的方法来选择。从120°C至220°C的温度范围内，推荐的优选试验温度的最大温度间隔为20°C。
辅助进行溶液黏度试验，可以确认是否有产生水的反应发生。


结果推断
在Ⅰ区，样品水分没有*蒸发， 随温度升高水分含量成比例增加。
在Ⅱ区，所测水分含量几乎接近恒定水平，该区域下的温度范围可看作是实际试验环境下适宜的试验温度。通过水分含量测定前后的溶液黏度的测定来确定是否发生水反应。(ISO 307，ISO 1628)
在Ⅲ区，所测水分含量呈现增高态势，水分含量偏高的原因可能是由于类似于高温热降解反应造成的。