一种炭黑含量的测定方法
【专利摘要】本发明属于塑料制品含量测定领域，尤其涉及一种炭黑含量的测定方法，测定方法包括以下步骤：对试样、瓷舟进行预处理和称重后，放入炭黑测试仪石英管中；在通氮气的环境下，分步热解试样；热解结束后，降温并关氮气，室温称量装有热解试样瓷舟的重量；再将称重后装有热解试样的瓷舟，放入炭黑测试仪石英管内通氧气煅烧，煅烧尽后关机、关闭氧气，降温冷却，室温称重、炭黑含量计算。以澄清石灰水做热解指示，如果试样中的碳酸盐未分解充分，试验中有CO2排出，石灰水中气泡变浑浊。继续热解直到石灰水不变，完全保持清澈时，碳酸盐已完全分解。该检测方法准确，重复性高，成功解决了含有碳酸盐的塑料制品炭黑含量测定的难题，适用塑料炭黑含量的测定。
【专利说明】一种炭黑含量的测定方法
【技术领域】
[0001]本发明属于塑料制品含量测定领域，尤其涉及一种炭黑含量的测定方法。
[0002]
【背景技术】
[0003]测试黑色塑料制品中炭黑含量，在国内外的塑料加工业中都需要。国内只有“GB/13021-91聚乙烯管材和管件炭黑含量的测定”，此方法也适用于聚烯烃管材管件炭黑的测定。这个标准沿于IS06964-1986，适用于测试无填充物的聚烯烃制品。其基本原理是将“一定量的样品在氮气流中于550±50°C热解大约45min，并在900±50°C煅烧。根据热解和煅烧前后的质量差计算炭黑含量”。这个标准适用于测试无填充物的聚烯烃制品。在塑料工件中加入填充物质，减少一次性资源的使用是必然趋势。据本公司实验，在有碳酸钙填充物，尤其是碳酸钙填充量很高的情况下，上述标准基本上对炭黑含量测不准，可重复性差。其原因是，试样填充的碳酸钙，在通氮550±50°C的情况下，无论多长时间都不会热解，而在900±50°C进行煅烧时，碳酸钙热解成CO2的份量也计入了炭黑的质量。
[0004]

【发明内容】

[0005]为解决以上技术问题，本发明提供一种炭黑含量的测定方法，该方法准确，重复性闻。
[0006]实施这种方法的技术方案如下:
一种炭黑含量的测定方法，包括以下步骤:
步骤一:准备阶段:检查氮气和氧气瓶的压力应小于IMPa，确保无漏气；盛装试样的瓷舟，应加热至550°C去除其附着水和杂质后，于室温下称重瓷舟m (恒重)备用；将试样在95°C烘烤2h，去除试样的附着水份，于室温下称重母料ml备用；连接好测试设备。
[0007]步骤二、利用炭黑含量测试仪对母料进行热解与煅烧测试:
①将装有母料的瓷舟置于炭黑含量测试仪管式电炉的石英管中央，检查石英管的进出气口确保不漏气，将石英管尾端的接连气管插入装有清水的玻璃杯中以利观察；
②排出石英管内的氧气:打开钢瓶的氮气开关，控制氮气流量在150-250ml/min通氮气时间应大于5min，确保石英管中的氧气完全排尽；
③试样热解阶段及热解标准:将置于石英管内的瓷舟，通过加热使瓷舟中的母料温度逐步升高，在加热的同时，给石英管通氮气，在氮气环境中使母料热解；其中热解过程分三个阶段:
第一阶段，使通入石英管内的氮气流量保持在200ml/min，当母料温度升到300—450 V时，保持热解时间5 — 15min,这个阶段热解的目的，是分解清除掉母料中含有的有机； 第二阶段，连续加热，保持通入石英管内的氮气流量不变，当母料温度升到450—550°C时，保持热解时间8 — lOmin，这个阶段热解的目的是使母料中的残余有机物彻底热解；
第三阶段，连续加热，保持通入石英管内的氮气流量不变，当母料的热解温度在850-950°C时，保持热解时间40-50min，这个阶段热解的目的是使母料中的碳酸钙完全分解掉；
步骤三、母料完全热解后的称重:停止管式电炉加热；在温度下降至400°C时，并关闭氮气，使瓷舟中的母料逐步降至室温，然后称量装有热解后母料的瓷舟重量m2 ；
步骤四、煅烧母料中的炭黑:对装有热解后母料的瓷舟称重后，将其重新放入炭黑测试仪石英管中进行加热，当温度升到65(T750°C时通入流量为50— 65ml/min的氧气，维持到母料完全燃烧成灰，目的是去除母料灰份中的殘余炭；
步骤五、母料煅烧后的称重:母料经煅烧后变为灰份，目测试样灰份中的炭黑确定已完全烧尽，即停止煅烧；待瓷舟温度降至室温后，称量装有母料灰份的瓷舟重量m3 ；
步骤六、母料中炭黑含量的确定:依据算式:母料炭黑含量=(m2- m3) / ml，灰份含量=(m3-m) / ml，可分别计算出母料中炭黑的含量，以及灰份含量。
[0008]本发明的突出优点在于:完全排除了水份和有机物可能产生的检测干扰；在氮气环境下热解试样，并对试样设置热解状态指示，确定试样中碳酸盐完全热解后，再在氧气环境中煅烧炭黑；通过煅烧前后的称重，计算炭黑含量准确率高、检测方法的重现率可达到
100% o
[0009]步骤二中判断试样热解是否彻底的标准:在热解的第三阶段，当热解时间临近40-50min时，将石英管的排气管从清水中移至玻璃杯的澄清石灰水中，如果石灰水变浑浊，则应继续热解直到石灰水保持清澈，表明碳酸盐已完全分解；
本发明成功地解决了含碳酸盐填充物的塑料制品中，炭黑含量准确测定的技术难题。特别适用于含有碳酸盐塑料制品炭黑含量的测定，也适用于无碳酸盐填充物的塑料制品炭黑含量的测定。
[0010]说明书附图
图1为本发明中检测工艺流程图
【具体实施方式】
[0011]以下实施例中使用的设备有:DZ3500炭黑含量测试仪；带压力表的工业用氮气钢瓶及氧气钢瓶；电子天平，精度0.1rng;瓷舟；玻璃杯等。
[0012]炭黑含量计算公式为:试样炭黑含量=(m2- m3) / ml,试样灰份=(m3_m) / ml 其中，m为瓷舟重量，ml为热解前试样的重量，m2热解后试样与瓷舟的重量，m3煅烧炭
黑后灰份与瓷舟的重量。
[0013]实施例1 含碳酸钙塑料制品A中炭黑含量的测试方法 本测试方法包括下述步骤:
步骤一、准备阶段:检查氮气和氧气瓶的压力应小于IMPa，确保无漏气；盛装试样的瓷舟，应加热至550°C去除其附着水和杂质后，于室温下称重瓷舟m (恒重)为12.7819g，备用；将试样(含CaCO3的黑色母料简称母料)在95°C烘烤2h，去除试样的附着水分，于室温下称重母料ml=1.0021g，备用；连接好测试设备。[0014]步骤二、利用炭黑含量测试仪对母料进行热解与煅烧测试:
①将装有母料的瓷舟置于炭黑含量测试仪管式电炉的石英管中央，检查石英管的进出气口确保不漏气，将石英管尾端的接连气管插入玻璃杯的清水中以利观察；
②排出石英管内的氧气:打开钢瓶的氮气开关，控制氮气流量为200ml/min，通氮气>5min确保石英管中的氧气完全排尽；
CU式样热解阶段及热解标准:将置于石英管内的瓷舟，通过加热使瓷舟中的母料温度逐步升高，在加热的同时，给石英管通氮气，在氮气环境中使母料热解；其中热解过程分三个阶段:
第一阶段，使通入石英管内的氮气流量保持在200ml/min，当母料温度升到380°C时，保持热解时间lOmin，这个阶段热解的目的，是逐步分解清除掉母料中含有的有机物；
第二阶段，连续加热，保持通入石英管内的氮气流量不变，当母料温度升到500°C时，保 持热解时间lOmin，这个阶段热解的目的是使母料中的有机物彻底分解；
第三阶段，连续加热，保持通入石英管内的氮气流量不变，当母料的热解温度在900°C时，保持热解时间45min，这个阶段热解的目的是使母料中的碳酸钙完全分解掉；
判断试样热解是否彻底的标准:在热解的第三阶段，当热解时间临近45min时，将石英管的排气管从清水中移至玻璃杯的澄清石灰水中，如果石灰水变浑浊，则应继续热解直到石灰水保持清澈，表明碳酸盐已完全分解；
步骤三、母料完全热解后的称重:当石英管的排气未使石灰水变浑浊时，停止管式电炉加热；在温度下降至400°C时，开关氮气，使瓷舟中的母料逐步降至室温，然后称量装有热解后母料的瓷舟重量m2 = 0.4706g ；
步骤四、煅烧母料中的炭黑:对装有热解后母料的瓷舟称重后，将其重新放入炭黑测试仪石英管中进行加热，当温度升到650°C时通入流量为50L/min的氧气，维持到母料完全燃烧成灰，目的是去除母料灰份中的殘余炭；
步骤五、母料煅烧后的称重:母料经煅烧后变为灰份，目测试样灰份中的炭黑确定已完全烧尽，即停止煅烧；待瓷舟温度降至室温后，称量装有母料灰份的瓷舟重量m3 =0.1719g ；
步骤六、母料中炭黑含量的确定:依据算式:母料炭黑含量=(m2- m3) / ml，灰含量=(m3-m) / ml ,可计算出母料中炭黑的含量为29.8%。
[0015]实施例2含碳酸钙塑料制品B中炭黑含量的测试方法
本例中测试样品取实施例1中同一种含有碳酸钙的黑色母料，其炭黑含量为30±1%;碳酸钙含量约30%。
[0016]测试步骤与实施例1基本相同，不同之处是:
步骤一、准备阶段中:瓷舟m (恒重)为12.4312g，母料ml为0.9981g ；
步骤三、母料完全热解后的称重:当石英管的排气未使石灰水变浑浊时，停止管式电炉加热；在温度下降至400°C时，开关氮气，使瓷舟中的母料逐步降至室温，然后称量装有热解后母料的瓷舟重量m2 = 0.4670g ；
步骤四、煅烧母料中的炭黑:对装有热解后母料的瓷舟称重后，将其重新放入炭黑测试仪石英管中进行加热，当温度升到500°C时通入流量为60L/min的氧气燃烧，温度升到700°C时维持20min到母料完全燃烧成灰，目的是去除母料灰份中的殘余炭；
步骤五、母料煅烧后的称重:母料经煅烧后变为灰份，目测试样灰份中的炭黑确定已完全烧尽，即停止煅烧；待瓷舟温度降至室温后，称量装有母料灰份的瓷舟重量m3=0.1725g ；
步骤六、母料中炭黑含量的确定:依据算式:母料炭黑含量=(m2- m3) / ml，灰含量=(m3-m) / ml ,可计算出母料中炭黑的含量为29.5%。
[0017]实施例3含碳酸钙塑料制品C中炭黑含量的测试方法
本例中测试样品取实施例1中同一种含有碳酸钙的黑色母料，其炭黑含量为30±1%;碳酸钙含量约30%。
[0018]测试步骤与实施例1基本相同，不同之处是:
步骤一、准备阶段中:瓷舟m (恒重)为11.2512g，母料ml为1.0034g ；
步骤二、利用炭黑含量测试仪对母料进行热解与煅烧测试:
试样热解阶段及热解标准:将置于石英管内的瓷舟，通过加热使瓷舟中的母料温度逐步升高，在加热的同时，给石英管通氮气，在氮气环境中使母料热解；其中热解过程分三个阶段:
第一阶段，使通入石英管内的氮气流量保持在200ml/min，当母料温度升到300°C时，保持热解时间15min，这个阶段热解的目的，是分解清除掉母料中含有的有机物杂质；
第二阶段，连续加热，保持通入石英管内的氮气流量不变，当母料温度升到450°C时，保 持热解时间lOmin，这个阶段热解的目的是使母料中的碳酸钙逐步分解；
第三阶段，连续加热，保持通入石英管内的氮气流量不变，当母料的热解温度在950°C时，保持热解时间40min，这个阶段热解的目的是使母料中的碳酸钙完全分解掉；
判断试样热解是否彻底的标准:在热解的第三阶段，当热解时间临近40min时，将石英管的排气管从清水中移至玻璃杯的澄清石灰水中，如果石灰水变浑浊，则应继续热解直到石灰水保持清澈，表明碳酸盐已完全分解；
步骤三、母料完全热解后的称重:当石英管的排气未使石灰水变浑浊时，停止管式电炉加热；在温度下降至400°C时，开关氮气，使瓷舟中的母料逐步降至室温，然后称量装有热解后母料的瓷舟重量m2 = 0.4670g ；
步骤四、煅烧母料中的炭黑:对装有热解后母料的瓷舟称重后，将其重新放入炭黑测试仪石英管中进行加热，当温度升到450°C时通入流量为65L/min的氧气燃烧，温度升到650°C时维持30min到母料完全燃烧成灰，目的是去除母料灰份中的殘余炭；
步骤五、母料煅烧后的称重:母料经煅烧后变为灰份，目测试样灰份中的炭黑确定已完全烧尽，即关闭氧气停止煅烧；待瓷舟温度降至室温后，称量装有母料灰份的瓷舟重量m3=1.1725g ；
步骤六、母料中炭黑含量的确定:依据算式:母料炭黑含量=(m2- m3) / ml，灰含量=(m3-m) / ml ,可计算出母料中炭黑的含量为29.6%g。
[0019]比较实施例1、2、3，测出的炭黑含量分别为29.8%、29.5%、29.6%g，实验数据在误差1%以内，表明本发明的测试方法重现率很高。
[0020]实施例4含碳酸钙塑料制品D中炭黑含量的测试方法
本例中测试样品取实施例1中同一种含有碳酸钙的黑色母料，其炭黑含量为36±1%;碳酸钙含量约16%左右。
[0021]测试步骤与实施例1基本相同，不同之处是:
步骤一、准备阶段中:瓷舟m (恒重)为11.2513g，母料ml为1.0311g ；
步骤二、利用炭黑含量测试仪对母料进行热解与煅烧测试:
试样热解阶段及热解标准:将置于石英管内的瓷舟，通过加热使瓷舟中的母料温度逐步升高，在加热的同时，给石英管通氮气，在氮气环境中使母料热解；其中热解过程分三个阶段:
第一阶段，使通入石英管内的氮气流量保持在200ml/min，当母料温度升到400°C时，保持热解时间5min，这个阶段热解的目的，是分解清除掉母料中含有的有机物杂质；
第二阶段，连续加热，保持通入石英管内的氮气流量不变，当母料温度升到550°C时，保 持热解时间lOmin，这个阶段热解的目的是使母料中的碳酸钙逐步分解；
第三阶段，连续加热，保持通入石英管内的氮气流量不变，当母料的热解温度在850°C时，保持热解时间50min，这个阶段热解的目的是使母料中的碳酸钙完全分解掉；
判断试样热解是否彻底的标准:在热解的第三阶段，当热解时间临近50min时，将石英管的排气管从清水中移至玻璃杯的澄清石灰水中，如果石灰水变浑浊，则应继续热解直到石灰水保持清澈，表明碳酸盐已完全分解；
步骤三、母料完全热解后的称重:当石英管的排气未使石灰水变浑浊时，停止管式电炉加热；在温度下降至550°C时，开关氮气，使瓷舟中的母料逐步降至室温，然后称量装有热解后母料的瓷舟重量m2 =0.4596g ；
步骤四、煅烧母料中的炭黑:对装有热解后母料的瓷舟称重后，将其重新放入炭黑测试仪石英管中进行加热，当温度升到500°C时打开氧气开关，通入流量为60L/min的氧气燃烧母料，温度升到700°C时维持15min直到母料完全燃烧成灰，目的是去除母料灰份中的殘余炭;
步骤五、母料煅烧后的称重:母料经煅烧后变为灰份，目测试样灰份中的炭黑确定已完全烧尽，即关闭氧气停止煅烧；待瓷舟温度降至室温后，称量装有母料灰份的瓷舟重量m3 =0.0956g ；
步骤六、母料中炭黑含量的确定:依据算式:母料炭黑含量=(m2- m3) / ml，灰含量=(m3-m) / ml ,可计算出母料中炭黑的含量为35.3%。
[0022]实施例5含碳酸钙塑料制品E中炭黑含量的测试方法
本例中测试样品取实施例1中同一种含有碳酸钙的黑色母料，其炭黑含量为36±1%;碳酸钙含量约16%左右。
[0023]测试步骤与实施例1基本相同，不同之处是:
步骤一、准备阶段中:瓷舟m (恒重)为11.7829g，母料ml为1.0098g ；
步骤二、利用炭黑含量测试仪对母料进行热解与煅烧测试:
试样热解阶段及热解标准:将置于石英管内的瓷舟，通过加热使瓷舟中的母料温度逐步升高，在加热的同时，给石英管通氮气，在氮气环境中使母料热解；其中热解过程分三个阶段:
第一阶段，使通入石英管内的氮气流量保持在200ml/min，当母料温度升到350°C时，保持热解时间12min，这个阶段热解的目的，是分解清除掉母料中含有的有机物杂质；第二阶段，连续加热，保持通入石英管内的氮气流量不变，当母料温度升到480°C时，保 持热解时间8min，这个阶段热解的目的是使母料中的碳酸钙逐步分解；
第三阶段，连续加热，保持通入石英管内的氮气流量不变，当母料的热解温度在920°C时，保持热解时间48min，这个阶段热解的目的是使母料中的碳酸钙完全分解掉；
判断试样热解是否彻底的标准:在热解的第三阶段，当热解时间临近48min时，将石英管的排气管从清水中移至玻璃杯的澄清石灰水中，如果石灰水变浑浊，则应继续热解直到石灰水保持清澈，表明碳酸钙已完全分解；
步骤三、母料完全热解后的称重:当石英管的排气未使石灰水变浑浊时，停止管式电炉加热；在温度下降至480°C时，关闭氮气，使瓷舟中的母料逐步降至室温，然后称量装有热解后母料的瓷舟重量m2 =0.4459g ；
步骤四、煅烧母料中的炭黑:对装有热解后母料的瓷舟称重后，将其重新放入炭黑测试仪石英管中进行加热，当温度升到500°C时打开氧气开关，通入流量为60L/min的氧气燃烧母料，温度升到720°C时维持25min，直到母料完全燃烧成灰，目的是去除母料灰份中的殘余炭；
步骤五、母料煅烧后的称重:母料经煅烧后变为灰份，目测试样灰份中的炭黑确定已完全烧尽，即关闭氧气停止煅烧；待瓷舟温度降至室温后，称量装有母料灰份的瓷舟重量m3 =0.0905g ；
步骤六、母料中炭黑含量的确定:依据算式:母料炭黑含量=(m2- m3) / ml，灰含量=(m3-m) / ml ,可计算出母料中炭黑的含量为35.2%。
[0024]比较实施例4、5，测出的炭黑含量分别为35.3%,35.2%实验数据在误差1%以内，表明本发明的测试方法重现率很高。
[0025]为了说明本方 法优于“GB/ 13021-91聚乙烯管材和管件炭黑含量的测定”，提供以下三组对比试验:
第一组对比试验:样品为不含碳酸钙的黑色母料，通氮气流量为:60ml/min。
[0026]对照组，采用GB13021-91检测标准，即一定量样品在氮气流中于550±50°C热解45min，并在900±50°C煅烧，根据热解和煅烧前后的质量差计算炭黑含量。
[0027]实验组(本发明中的检测方法)，即一定量样品在氮气流中于900 ± 25 °C热解45min,并用澄清Ca(OH)2作指示CaCO3热解终止，再在氧气流中于500±50°C完全燃烧，根据热解和通氧燃烧后的质量差计算含量。
[0028]测试对比结果如表1:
表1
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测得最终的灰份为:0.53%,0.49%这是炭黑母料的正常灰份，可忽略不计。从测试数据可以看出在测试不含不含碳酸钙的母料中，这两种测试方法的测试结果基本一致。
[0029]第二组对比试验:对照组和实验组方法同第一组对比试验，样品均为同一种的含有CaCO3的黑色母料，炭黑:30±1% ；CaCO3:约 30%
实验组实验结果:
表2:实验组三组平行实验结果列表
【权利要求】
1.一种炭黑含量的测定方法，包括以下步骤: 步骤一、准备阶段: 检查氮气和氧气瓶的压力应小于IMPa，确保无漏气；盛装试样的瓷舟，应加热至550°C去除其附着水和杂质后，于室温下称重瓷舟m (恒重)备用；将试样在95°C烘烤2h，去除试样的水份，于室温下称重母料ml备用；连接好测试设备； 步骤二、利用炭黑含量测试仪对母料进行热解与煅烧测试: 将装有母料的瓷舟置于炭黑含量测试仪管式电炉的石英管中央，检查石英管的进出 气口确保不漏气，将石英管尾端的连接气管插入装有清水的玻璃杯中以利观察； 排出石英管内的氧气:打开钢瓶的氮气开关，控制氮气流量在150-250ml/min通氮 气时间应大于5min ； 试样热解阶段及热解标准:将置于石英管内的瓷舟，通过加热使瓷舟中的母料温度逐步升高，在加热的同时，给石英管通氮气，在氮气环境中使母料热解；其中热解过程分三个阶段: 第一阶段，使通入石英管内的氮气流量保持在200ml/min，当母料温度升到300—450°C时，保持热解时间5 — 15min ； 第二阶段，连续加热，保持通入石英管内的氮气流量不变，当母料温度升到450—550°C时，保持热解时间8 — IOmin ； 第三阶段，连续加热，保持通入石英管内的氮气流量不变，当母料的热解温度在850-950°C时，保持热解时间40-50min ； 步骤三、母料完全热解后的称重:停止管式电炉加热；在温度下降至400°C时，关闭氮气，使瓷舟中的母料逐步降至室温，然后称量装有热解后母料的瓷舟重量m2 ； 步骤四、煅烧母料中的炭黑:对装有热解后母料的瓷舟称重后，将其重新放入炭黑测试仪石英管中进行加热，当温度升到65(T750°C时通入流量为50— 65ml/min的氧气，维持到母料完全燃烧成灰； 步骤五、母料煅烧后的称重:母料经煅烧后变为灰份，目测试样灰份中的炭黑确定已完全烧尽，即停止煅烧；待瓷舟温度降至室温后，称量装有母料灰份的瓷舟重量m3 ； 步骤六、母料中炭黑含量的确定:依据算式:母料炭黑含量=(m2- m3) / ml，灰含量=(m3-m) / ml，可分别计算出母料中炭黑的含量，以及灰份含量。
2.根据权利要求1中所述的一种炭黑含量的测定方法，其特征在于:所述步骤二中判断试样热解是否彻底的标准:在热解的第三阶段，当热解时间临近40-50min时，将石英管的排气管从清水中移至玻璃杯的澄清石灰水中，如果石灰水变浑浊，则应继续热解直到石灰水保持清澈，表明碳酸盐已完全分解。
【文档编号】G01N5/04GK103645116SQ201310695492
【公开日】2014年3月19日 申请日期:2013年12月18日 优先权日:2013年12月18日
【发明者】彭志远, 薛燕, 李小华 申请人:成都菲斯特化工有限公司