一種炭黑含量的測定方法
【專利摘要】本發明屬于塑料制品含量測定領域，尤其涉及一種炭黑含量的測定方法，測定方法包括以下步驟：對試樣、瓷舟進行預處理和稱重后，放入炭黑測試儀石英管中；在通氮氣的環境下，分步熱解試樣；熱解結束后，降溫并關氮氣，室溫稱量裝有熱解試樣瓷舟的重量；再將稱重后裝有熱解試樣的瓷舟，放入炭黑測試儀石英管內通氧氣煅燒，煅燒盡后關機、關閉氧氣，降溫冷卻，室溫稱重、炭黑含量計算。以澄清石灰水做熱解指示，如果試樣中的碳酸鹽未分解充分，試驗中有CO2排出，石灰水中氣泡變渾濁。繼續熱解直到石灰水不變，完全保持清澈時，碳酸鹽已完全分解。該檢測方法準確，重復性高，成功解決了含有碳酸鹽的塑料制品炭黑含量測定的難題，適用塑料炭黑含量的測定。
【專利說明】一種炭黑含量的測定方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于塑料制品含量測定領域，尤其涉及一種炭黑含量的測定方法。
[0002]
【背景技術】
[0003]測試黑色塑料制品中炭黑含量，在國內外的塑料加工業中都需要。國內只有“GB/13021-91聚乙烯管材和管件炭黑含量的測定”，此方法也適用于聚烯烴管材管件炭黑的測定。這個標準沿于IS06964-1986，適用于測試無填充物的聚烯烴制品。其基本原理是將“一定量的樣品在氮氣流中于550±50°C熱解大約45min，并在900±50°C煅燒。根據熱解和煅燒前后的質量差計算炭黑含量”。這個標準適用于測試無填充物的聚烯烴制品。在塑料工件中加入填充物質，減少一次性資源的使用是必然趨勢。據本公司實驗，在有碳酸鈣填充物，尤其是碳酸鈣填充量很高的情況下，上述標準基本上對炭黑含量測不準，可重復性差。其原因是，試樣填充的碳酸鈣，在通氮550±50°C的情況下，無論多長時間都不會熱解，而在900±50°C進行煅燒時，碳酸鈣熱解成CO2的份量也計入了炭黑的質量。
[0004]
【發明內容】
[0005]為解決以上技術問題，本發明提供一種炭黑含量的測定方法，該方法準確，重復性聞。
[0006]實施這種方法的技術方案如下:
一種炭黑含量的測定方法，包括以下步驟:
步驟一:準備階段:檢查氮氣和氧氣瓶的壓力應小于IMPa，確保無漏氣；盛裝試樣的瓷舟，應加熱至550°C去除其附著水和雜質后，于室溫下稱重瓷舟m (恒重)備用；將試樣在95°C烘烤2h，去除試樣的附著水份，于室溫下稱重母料ml備用；連接好測試設備。
[0007]步驟二、利用炭黑含量測試儀對母料進行熱解與煅燒測試:
①將裝有母料的瓷舟置于炭黑含量測試儀管式電爐的石英管中央，檢查石英管的進出氣口確保不漏氣，將石英管尾端的接連氣管插入裝有清水的玻璃杯中以利觀察；
②排出石英管內的氧氣:打開鋼瓶的氮氣開關，控制氮氣流量在150-250ml/min通氮氣時間應大于5min，確保石英管中的氧氣完全排盡；
③試樣熱解階段及熱解標準:將置于石英管內的瓷舟，通過加熱使瓷舟中的母料溫度逐步升高，在加熱的同時，給石英管通氮氣，在氮氣環境中使母料熱解；其中熱解過程分三個階段:
第一階段，使通入石英管內的氮氣流量保持在200ml/min，當母料溫度升到300—450 V時，保持熱解時間5 — 15min,這個階段熱解的目的，是分解清除掉母料中含有的有機； 第二階段，連續加熱，保持通入石英管內的氮氣流量不變，當母料溫度升到450—550°C時，保持熱解時間8 — lOmin，這個階段熱解的目的是使母料中的殘余有機物徹底熱解；
第三階段，連續加熱，保持通入石英管內的氮氣流量不變，當母料的熱解溫度在850-950°C時，保持熱解時間40-50min，這個階段熱解的目的是使母料中的碳酸鈣完全分解掉；
步驟三、母料完全熱解后的稱重:停止管式電爐加熱；在溫度下降至400°C時，并關閉氮氣，使瓷舟中的母料逐步降至室溫，然后稱量裝有熱解后母料的瓷舟重量m2 ；
步驟四、煅燒母料中的炭黑:對裝有熱解后母料的瓷舟稱重后，將其重新放入炭黑測試儀石英管中進行加熱，當溫度升到65(T750°C時通入流量為50— 65ml/min的氧氣，維持到母料完全燃燒成灰，目的是去除母料灰份中的殘余炭；
步驟五、母料煅燒后的稱重:母料經煅燒后變為灰份，目測試樣灰份中的炭黑確定已完全燒盡，即停止煅燒；待瓷舟溫度降至室溫后，稱量裝有母料灰份的瓷舟重量m3 ；
步驟六、母料中炭黑含量的確定:依據算式:母料炭黑含量=(m2- m3) / ml，灰份含量=(m3-m) / ml，可分別計算出母料中炭黑的含量，以及灰份含量。
[0008]本發明的突出優點在于:完全排除了水份和有機物可能產生的檢測干擾；在氮氣環境下熱解試樣，并對試樣設置熱解狀態指示，確定試樣中碳酸鹽完全熱解后，再在氧氣環境中煅燒炭黑；通過煅燒前后的稱重，計算炭黑含量準確率高、檢測方法的重現率可達到
100% o
[0009]步驟二中判斷試樣熱解是否徹底的標準:在熱解的第三階段，當熱解時間臨近40-50min時，將石英管的排氣管從清水中移至玻璃杯的澄清石灰水中，如果石灰水變渾濁，則應繼續熱解直到石灰水保持清澈，表明碳酸鹽已完全分解；
本發明成功地解決了含碳酸鹽填充物的塑料制品中，炭黑含量準確測定的技術難題。特別適用于含有碳酸鹽塑料制品炭黑含量的測定，也適用于無碳酸鹽填充物的塑料制品炭黑含量的測定。
[0010]說明書附圖
圖1為本發明中檢測工藝流程圖
【具體實施方式】
[0011]以下實施例中使用的設備有:DZ3500炭黑含量測試儀；帶壓力表的工業用氮氣鋼瓶及氧氣鋼瓶；電子天平，精度0.1rng;瓷舟；玻璃杯等。
[0012]炭黑含量計算公式為:試樣炭黑含量=(m2- m3) / ml,試樣灰份=(m3_m) / ml 其中，m為瓷舟重量，ml為熱解前試樣的重量，m2熱解后試樣與瓷舟的重量，m3煅燒炭
黑后灰份與瓷舟的重量。
[0013]實施例1 含碳酸鈣塑料制品A中炭黑含量的測試方法 本測試方法包括下述步驟:
步驟一、準備階段:檢查氮氣和氧氣瓶的壓力應小于IMPa，確保無漏氣；盛裝試樣的瓷舟，應加熱至550°C去除其附著水和雜質后，于室溫下稱重瓷舟m (恒重)為12.7819g，備用；將試樣(含CaCO3的黑色母料簡稱母料)在95°C烘烤2h，去除試樣的附著水分，于室溫下稱重母料ml=1.0021g，備用；連接好測試設備。[0014]步驟二、利用炭黑含量測試儀對母料進行熱解與煅燒測試:
①將裝有母料的瓷舟置于炭黑含量測試儀管式電爐的石英管中央，檢查石英管的進出氣口確保不漏氣，將石英管尾端的接連氣管插入玻璃杯的清水中以利觀察；
②排出石英管內的氧氣:打開鋼瓶的氮氣開關，控制氮氣流量為200ml/min，通氮氣>5min確保石英管中的氧氣完全排盡；
CU式樣熱解階段及熱解標準:將置于石英管內的瓷舟，通過加熱使瓷舟中的母料溫度逐步升高，在加熱的同時，給石英管通氮氣，在氮氣環境中使母料熱解；其中熱解過程分三個階段:
第一階段，使通入石英管內的氮氣流量保持在200ml/min，當母料溫度升到380°C時，保持熱解時間lOmin，這個階段熱解的目的，是逐步分解清除掉母料中含有的有機物；
第二階段，連續加熱，保持通入石英管內的氮氣流量不變，當母料溫度升到500°C時，保 持熱解時間lOmin，這個階段熱解的目的是使母料中的有機物徹底分解；
第三階段，連續加熱，保持通入石英管內的氮氣流量不變，當母料的熱解溫度在900°C時，保持熱解時間45min，這個階段熱解的目的是使母料中的碳酸鈣完全分解掉；
判斷試樣熱解是否徹底的標準:在熱解的第三階段，當熱解時間臨近45min時，將石英管的排氣管從清水中移至玻璃杯的澄清石灰水中，如果石灰水變渾濁，則應繼續熱解直到石灰水保持清澈，表明碳酸鹽已完全分解；
步驟三、母料完全熱解后的稱重:當石英管的排氣未使石灰水變渾濁時，停止管式電爐加熱；在溫度下降至400°C時，開關氮氣，使瓷舟中的母料逐步降至室溫，然后稱量裝有熱解后母料的瓷舟重量m2 = 0.4706g ；
步驟四、煅燒母料中的炭黑:對裝有熱解后母料的瓷舟稱重后，將其重新放入炭黑測試儀石英管中進行加熱，當溫度升到650°C時通入流量為50L/min的氧氣，維持到母料完全燃燒成灰，目的是去除母料灰份中的殘余炭；
步驟五、母料煅燒后的稱重:母料經煅燒后變為灰份，目測試樣灰份中的炭黑確定已完全燒盡，即停止煅燒；待瓷舟溫度降至室溫后，稱量裝有母料灰份的瓷舟重量m3 =0.1719g ；
步驟六、母料中炭黑含量的確定:依據算式:母料炭黑含量=(m2- m3) / ml，灰含量=(m3-m) / ml ,可計算出母料中炭黑的含量為29.8%。
[0015]實施例2含碳酸鈣塑料制品B中炭黑含量的測試方法
本例中測試樣品取實施例1中同一種含有碳酸鈣的黑色母料，其炭黑含量為30±1%;碳酸鈣含量約30%。
[0016]測試步驟與實施例1基本相同，不同之處是:
步驟一、準備階段中:瓷舟m (恒重)為12.4312g，母料ml為0.9981g ；
步驟三、母料完全熱解后的稱重:當石英管的排氣未使石灰水變渾濁時，停止管式電爐加熱；在溫度下降至400°C時，開關氮氣，使瓷舟中的母料逐步降至室溫，然后稱量裝有熱解后母料的瓷舟重量m2 = 0.4670g ；
步驟四、煅燒母料中的炭黑:對裝有熱解后母料的瓷舟稱重后，將其重新放入炭黑測試儀石英管中進行加熱，當溫度升到500°C時通入流量為60L/min的氧氣燃燒，溫度升到700°C時維持20min到母料完全燃燒成灰，目的是去除母料灰份中的殘余炭；
步驟五、母料煅燒后的稱重:母料經煅燒后變為灰份，目測試樣灰份中的炭黑確定已完全燒盡，即停止煅燒；待瓷舟溫度降至室溫后，稱量裝有母料灰份的瓷舟重量m3=0.1725g ；
步驟六、母料中炭黑含量的確定:依據算式:母料炭黑含量=(m2- m3) / ml，灰含量=(m3-m) / ml ,可計算出母料中炭黑的含量為29.5%。
[0017]實施例3含碳酸鈣塑料制品C中炭黑含量的測試方法
本例中測試樣品取實施例1中同一種含有碳酸鈣的黑色母料，其炭黑含量為30±1%;碳酸鈣含量約30%。
[0018]測試步驟與實施例1基本相同，不同之處是:
步驟一、準備階段中:瓷舟m (恒重)為11.2512g，母料ml為1.0034g ；
步驟二、利用炭黑含量測試儀對母料進行熱解與煅燒測試:
試樣熱解階段及熱解標準:將置于石英管內的瓷舟，通過加熱使瓷舟中的母料溫度逐步升高，在加熱的同時，給石英管通氮氣，在氮氣環境中使母料熱解；其中熱解過程分三個階段:
第一階段，使通入石英管內的氮氣流量保持在200ml/min，當母料溫度升到300°C時，保持熱解時間15min，這個階段熱解的目的，是分解清除掉母料中含有的有機物雜質；
第二階段，連續加熱，保持通入石英管內的氮氣流量不變，當母料溫度升到450°C時，保 持熱解時間lOmin，這個階段熱解的目的是使母料中的碳酸鈣逐步分解；
第三階段，連續加熱，保持通入石英管內的氮氣流量不變，當母料的熱解溫度在950°C時，保持熱解時間40min，這個階段熱解的目的是使母料中的碳酸鈣完全分解掉；
判斷試樣熱解是否徹底的標準:在熱解的第三階段，當熱解時間臨近40min時，將石英管的排氣管從清水中移至玻璃杯的澄清石灰水中，如果石灰水變渾濁，則應繼續熱解直到石灰水保持清澈，表明碳酸鹽已完全分解；
步驟三、母料完全熱解后的稱重:當石英管的排氣未使石灰水變渾濁時，停止管式電爐加熱；在溫度下降至400°C時，開關氮氣，使瓷舟中的母料逐步降至室溫，然后稱量裝有熱解后母料的瓷舟重量m2 = 0.4670g ；
步驟四、煅燒母料中的炭黑:對裝有熱解后母料的瓷舟稱重后，將其重新放入炭黑測試儀石英管中進行加熱，當溫度升到450°C時通入流量為65L/min的氧氣燃燒，溫度升到650°C時維持30min到母料完全燃燒成灰，目的是去除母料灰份中的殘余炭；
步驟五、母料煅燒后的稱重:母料經煅燒后變為灰份，目測試樣灰份中的炭黑確定已完全燒盡，即關閉氧氣停止煅燒；待瓷舟溫度降至室溫后，稱量裝有母料灰份的瓷舟重量m3=1.1725g ；
步驟六、母料中炭黑含量的確定:依據算式:母料炭黑含量=(m2- m3) / ml，灰含量=(m3-m) / ml ,可計算出母料中炭黑的含量為29.6%g。
[0019]比較實施例1、2、3，測出的炭黑含量分別為29.8%、29.5%、29.6%g，實驗數據在誤差1%以內，表明本發明的測試方法重現率很高。
[0020]實施例4含碳酸鈣塑料制品D中炭黑含量的測試方法
本例中測試樣品取實施例1中同一種含有碳酸鈣的黑色母料，其炭黑含量為36±1%;碳酸鈣含量約16%左右。
[0021]測試步驟與實施例1基本相同，不同之處是:
步驟一、準備階段中:瓷舟m (恒重)為11.2513g，母料ml為1.0311g ；
步驟二、利用炭黑含量測試儀對母料進行熱解與煅燒測試:
試樣熱解階段及熱解標準:將置于石英管內的瓷舟，通過加熱使瓷舟中的母料溫度逐步升高，在加熱的同時，給石英管通氮氣，在氮氣環境中使母料熱解；其中熱解過程分三個階段:
第一階段，使通入石英管內的氮氣流量保持在200ml/min，當母料溫度升到400°C時，保持熱解時間5min，這個階段熱解的目的，是分解清除掉母料中含有的有機物雜質；
第二階段，連續加熱，保持通入石英管內的氮氣流量不變，當母料溫度升到550°C時，保 持熱解時間lOmin，這個階段熱解的目的是使母料中的碳酸鈣逐步分解；
第三階段，連續加熱，保持通入石英管內的氮氣流量不變，當母料的熱解溫度在850°C時，保持熱解時間50min，這個階段熱解的目的是使母料中的碳酸鈣完全分解掉；
判斷試樣熱解是否徹底的標準:在熱解的第三階段，當熱解時間臨近50min時，將石英管的排氣管從清水中移至玻璃杯的澄清石灰水中，如果石灰水變渾濁，則應繼續熱解直到石灰水保持清澈，表明碳酸鹽已完全分解；
步驟三、母料完全熱解后的稱重:當石英管的排氣未使石灰水變渾濁時，停止管式電爐加熱；在溫度下降至550°C時，開關氮氣，使瓷舟中的母料逐步降至室溫，然后稱量裝有熱解后母料的瓷舟重量m2 =0.4596g ；
步驟四、煅燒母料中的炭黑:對裝有熱解后母料的瓷舟稱重后，將其重新放入炭黑測試儀石英管中進行加熱，當溫度升到500°C時打開氧氣開關，通入流量為60L/min的氧氣燃燒母料，溫度升到700°C時維持15min直到母料完全燃燒成灰，目的是去除母料灰份中的殘余炭;
步驟五、母料煅燒后的稱重:母料經煅燒后變為灰份，目測試樣灰份中的炭黑確定已完全燒盡，即關閉氧氣停止煅燒；待瓷舟溫度降至室溫后，稱量裝有母料灰份的瓷舟重量m3 =0.0956g ；
步驟六、母料中炭黑含量的確定:依據算式:母料炭黑含量=(m2- m3) / ml，灰含量=(m3-m) / ml ,可計算出母料中炭黑的含量為35.3%。
[0022]實施例5含碳酸鈣塑料制品E中炭黑含量的測試方法
本例中測試樣品取實施例1中同一種含有碳酸鈣的黑色母料，其炭黑含量為36±1%;碳酸鈣含量約16%左右。
[0023]測試步驟與實施例1基本相同，不同之處是:
步驟一、準備階段中:瓷舟m (恒重)為11.7829g，母料ml為1.0098g ；
步驟二、利用炭黑含量測試儀對母料進行熱解與煅燒測試:
試樣熱解階段及熱解標準:將置于石英管內的瓷舟，通過加熱使瓷舟中的母料溫度逐步升高，在加熱的同時，給石英管通氮氣，在氮氣環境中使母料熱解；其中熱解過程分三個階段:
第一階段，使通入石英管內的氮氣流量保持在200ml/min，當母料溫度升到350°C時，保持熱解時間12min，這個階段熱解的目的，是分解清除掉母料中含有的有機物雜質；第二階段，連續加熱，保持通入石英管內的氮氣流量不變，當母料溫度升到480°C時，保 持熱解時間8min，這個階段熱解的目的是使母料中的碳酸鈣逐步分解；
第三階段，連續加熱，保持通入石英管內的氮氣流量不變，當母料的熱解溫度在920°C時，保持熱解時間48min，這個階段熱解的目的是使母料中的碳酸鈣完全分解掉；
判斷試樣熱解是否徹底的標準:在熱解的第三階段，當熱解時間臨近48min時，將石英管的排氣管從清水中移至玻璃杯的澄清石灰水中，如果石灰水變渾濁，則應繼續熱解直到石灰水保持清澈，表明碳酸鈣已完全分解；
步驟三、母料完全熱解后的稱重:當石英管的排氣未使石灰水變渾濁時，停止管式電爐加熱；在溫度下降至480°C時，關閉氮氣，使瓷舟中的母料逐步降至室溫，然后稱量裝有熱解后母料的瓷舟重量m2 =0.4459g ；
步驟四、煅燒母料中的炭黑:對裝有熱解后母料的瓷舟稱重后，將其重新放入炭黑測試儀石英管中進行加熱，當溫度升到500°C時打開氧氣開關，通入流量為60L/min的氧氣燃燒母料，溫度升到720°C時維持25min，直到母料完全燃燒成灰，目的是去除母料灰份中的殘余炭；
步驟五、母料煅燒后的稱重:母料經煅燒后變為灰份，目測試樣灰份中的炭黑確定已完全燒盡，即關閉氧氣停止煅燒；待瓷舟溫度降至室溫后，稱量裝有母料灰份的瓷舟重量m3 =0.0905g ；
步驟六、母料中炭黑含量的確定:依據算式:母料炭黑含量=(m2- m3) / ml，灰含量=(m3-m) / ml ,可計算出母料中炭黑的含量為35.2%。
[0024]比較實施例4、5，測出的炭黑含量分別為35.3%,35.2%實驗數據在誤差1%以內，表明本發明的測試方法重現率很高。
[0025]為了說明本方 法優于“GB/ 13021-91聚乙烯管材和管件炭黑含量的測定”，提供以下三組對比試驗:
第一組對比試驗:樣品為不含碳酸鈣的黑色母料，通氮氣流量為:60ml/min。
[0026]對照組，采用GB13021-91檢測標準，即一定量樣品在氮氣流中于550±50°C熱解45min，并在900±50°C煅燒，根據熱解和煅燒前后的質量差計算炭黑含量。
[0027]實驗組(本發明中的檢測方法)，即一定量樣品在氮氣流中于900 ± 25 °C熱解45min,并用澄清Ca(OH)2作指示CaCO3熱解終止，再在氧氣流中于500±50°C完全燃燒，根據熱解和通氧燃燒后的質量差計算含量。
[0028]測試對比結果如表1:
表1
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測得最終的灰份為:0.53%,0.49%這是炭黑母料的正常灰份，可忽略不計。從測試數據可以看出在測試不含不含碳酸鈣的母料中，這兩種測試方法的測試結果基本一致。
[0029]第二組對比試驗:對照組和實驗組方法同第一組對比試驗，樣品均為同一種的含有CaCO3的黑色母料，炭黑:30±1% ；CaCO3:約 30%
實驗組實驗結果:
表2:實驗組三組平行實驗結果列表
【權利要求】
1.一種炭黑含量的測定方法，包括以下步驟: 步驟一、準備階段: 檢查氮氣和氧氣瓶的壓力應小于IMPa，確保無漏氣；盛裝試樣的瓷舟，應加熱至550°C去除其附著水和雜質后，于室溫下稱重瓷舟m (恒重)備用；將試樣在95°C烘烤2h，去除試樣的水份，于室溫下稱重母料ml備用；連接好測試設備； 步驟二、利用炭黑含量測試儀對母料進行熱解與煅燒測試: 將裝有母料的瓷舟置于炭黑含量測試儀管式電爐的石英管中央，檢查石英管的進出 氣口確保不漏氣，將石英管尾端的連接氣管插入裝有清水的玻璃杯中以利觀察； 排出石英管內的氧氣:打開鋼瓶的氮氣開關，控制氮氣流量在150-250ml/min通氮 氣時間應大于5min ； 試樣熱解階段及熱解標準:將置于石英管內的瓷舟，通過加熱使瓷舟中的母料溫度逐步升高，在加熱的同時，給石英管通氮氣，在氮氣環境中使母料熱解；其中熱解過程分三個階段: 第一階段，使通入石英管內的氮氣流量保持在200ml/min，當母料溫度升到300—450°C時，保持熱解時間5 — 15min ； 第二階段，連續加熱，保持通入石英管內的氮氣流量不變，當母料溫度升到450—550°C時，保持熱解時間8 — IOmin ； 第三階段，連續加熱，保持通入石英管內的氮氣流量不變，當母料的熱解溫度在850-950°C時，保持熱解時間40-50min ； 步驟三、母料完全熱解后的稱重:停止管式電爐加熱；在溫度下降至400°C時，關閉氮氣，使瓷舟中的母料逐步降至室溫，然后稱量裝有熱解后母料的瓷舟重量m2 ； 步驟四、煅燒母料中的炭黑:對裝有熱解后母料的瓷舟稱重后，將其重新放入炭黑測試儀石英管中進行加熱，當溫度升到65(T750°C時通入流量為50— 65ml/min的氧氣，維持到母料完全燃燒成灰； 步驟五、母料煅燒后的稱重:母料經煅燒后變為灰份，目測試樣灰份中的炭黑確定已完全燒盡，即停止煅燒；待瓷舟溫度降至室溫后，稱量裝有母料灰份的瓷舟重量m3 ； 步驟六、母料中炭黑含量的確定:依據算式:母料炭黑含量=(m2- m3) / ml，灰含量=(m3-m) / ml，可分別計算出母料中炭黑的含量，以及灰份含量。
2.根據權利要求1中所述的一種炭黑含量的測定方法，其特征在于:所述步驟二中判斷試樣熱解是否徹底的標準:在熱解的第三階段，當熱解時間臨近40-50min時，將石英管的排氣管從清水中移至玻璃杯的澄清石灰水中，如果石灰水變渾濁，則應繼續熱解直到石灰水保持清澈，表明碳酸鹽已完全分解。
【文檔編號】G01N5/04GK103645116SQ201310695492
【公開日】2014年3月19日 申請日期:2013年12月18日 優先權日:2013年12月18日
【發明者】彭志遠, 薛燕, 李小華 申請人:成都菲斯特化工有限公司
專業數控銑床產品供應商
20年生產經驗，實力工廠，精工品質，質量有保障
