傅里葉紅外光譜法測定聚乙烯中抗氧劑1010的含量

(中國石油獨山子石化分公司乙烯廠中心化驗室，獨山子 833699)

1 前言

聚乙烯在制備、儲存、后加工和應用過程中不可避免的受到熱、光、氧、重金屬離子或機械剪切等作用而老化，導致制品氧化降解、變色和機械物理性能的下降。為抑制其氧化降解，一般在聚乙烯中加入多種助劑。而抗氧劑的加入多少會直接影響聚乙烯的儲存期和后續加工產品的性能?？寡鮿┘尤肷倭?，會導致制品氧化降解、變色和機械物理性能下降，氧化誘導期下降；抗氧劑加入多了，一是制品中的遷移量會增大，尤其是食品級聚乙烯。二是生產成本提高。而抗氧劑1010是諸多抗氧劑中比較常用的主抗氧劑之一。建立一種準確、簡便、快速測定聚乙烯中微量抗氧劑1010非常有必要。

2 實驗部分

2.1 實驗原理

傅里葉變換紅外光譜儀是基于光相干性原理而設計的干涉型分光光度計，其定量原理基于郎伯-比爾定律?？寡鮿?010特征吸收峰為1743cm-1，使用自制的系列含量抗氧劑1010參考樣品繪制標準工作曲線，然后測定樣品中1010特征峰的吸光度，從標準工作曲線上就可得出樣品中1010的含量。

2.2 實驗儀器及試劑

Spectrum 100傅里葉變換紅外光譜儀(美國PerkinElmer公司制造)；P400M型壓片機(德國COLLIN公司制造；BX 18型造粒機(瑞典axon ab公司制造)；DZF6210 真空烘箱(上海一恒科技公司制造)；XS204電子天平：精度0.0001g，XS4002S：精度0.01g(瑞士梅特勒公司制造)；TESA測厚計(瑞士TESA制造)；聚乙烯粉料；不同牌號聚乙烯粒料；抗氧劑1010，工業級；丙酮，分析純；1000mL及2000mL燒杯；瓷盤。

2.3 參考樣制備

2.3.1 配料

使用精度為0.01g電子天平稱量聚乙烯粉料(該粉料不含任何助劑)，用精度為0.0001g電子天平稱量抗氧劑1010。按表1進行分別稱量。

表1 參考樣品配方

2.3.2 粉料制備

將稱量好的抗氧劑放入1000mL燒杯中加入600mL丙酮溶解完全，倒入裝有已稱量好的聚乙烯粉料的2L燒杯中，不斷的攪拌，讓丙酮揮發，直到粉料中無明顯丙酮溶劑，將物料倒入瓷盤中攤開自然揮發完丙酮溶劑(該過程在通風柜中進行)，然后放入70℃真空烘箱中抽真空烘1小時。

2.3.3 造粒

將烘干后的含有不同濃度1010抗氧劑的粉料進行分別造粒，造粒條件為1段溫度165℃，2段溫度175℃，3段溫度185℃，4段溫度200℃，5段溫度200℃，6段溫度200℃。

2.3.4 壓片

將造粒后的標準樣品進行壓片，使用鋁箔自制的模具，控制片厚為500±40um，壓片條件見表2。

表2 壓片條件

2.4 工作曲線的繪制

以空氣為掃描背景，分別對系列標樣進行掃描，掃描條件如下：掃描波數范圍：4000cm-1～400cm-1；分辨率：2cm-1；掃描次數：32。吸光度：1743cm-1最大峰高；基點：1778cm-1，1686cm-1；積分點：1778cm-1，1686cm-1。以1010抗氧劑含量為橫坐標，凈吸光值與標準樣片厚度之比為縱坐標繪制標準工作曲線，為提高準確性，每個標樣掃描兩個樣片，標樣掃描結果見表3。工作站軟件掃描譜圖及曲線方程見圖1。

圖1 掃描譜圖及曲線方程橫坐標：1010含量μg/g；縱坐標：吸光度

標樣序號1010含量(μg/g)凈吸光值A樣片厚度(h/mm)A/h100.0022/0.00040.510/0.4980.0043/0.00082500.2/0.0378/0.03480.497/0.4850.0761/0.071831002.60.0590/0.06140.477/0.4980.1237/0.123341502.60.0855/0.09310.474/0.4930.1804/0.188851998.80.1166/0.11590.484/0.4800.2409/0.241562501.80.1454/0.14200.483/0.4750.3010/0.2989

3 結果與討論

3.1 定量分析

定量測試波數1743cm-1吸收峰是羰基伸縮振動特征峰。響應值較大，適合用于定量分析。

3.2 工作曲線

工作曲線方程相關系數r=0.9990，可見建立的測試1010抗氧劑含量的定量工作曲線比較準確。使用3個自配的標樣對標準工作曲線進行反標，測試結果見表4。

表4 3種不同含量的標樣重復測定的分析數據

由表4 可知，相對標準偏差最大為1.37%，表明分析方法測試結果的準確性較高。

3.3 方法精密度檢驗

取一定量聚乙烯粒料，按2.3.4步驟在進行壓片制樣并進行測試，測試結果見表5。

表5 精密度實驗數據 μg/g

由表5可知，測定結果的相對標準偏差為1.62%，表明該方法的精密度良好，且樣品的穩定性較好。

3.4 方法準確度檢驗

使用液相色譜法與紅外法測定結果進行比對，使用液相色譜法和紅外法進行測定聚乙烯粒料中抗氧劑1010含量。結果比對見表6。

表6 紅外法測定抗氧劑1010數據 μg/g

對同一批次聚乙烯中抗氧劑1010含量進行測定，使用液相色譜法平均值為1286μg/g，兩方法測定的相對偏差為1.71%(以液相色譜法為標稱值)，表明紅外法測定聚乙烯中抗氧劑1010準確度較好。

3.5 影響結果的主要因素

(1)壓片時不要使用聚酯膜，否則樣片過于光滑，在測定時會有較高的反射光損失。

(2) 聚乙烯中低含量的抗氧劑1010測量誤差較大，主要是低含量的響應值較小。由于測定聚乙烯中低于500μg/g 1010含量時，測量結果重復性很差，因此該方法適合大于等于500μg/g的 1010含量的測定。可根據產品中抗氧劑1010含量的大小，配制合適的系列參考樣品。

(3)參考樣品配置的均勻性，直接影響工作曲線方程的線性：系列參考樣品中因加入的抗氧劑1010量較少，每一個參考樣品不宜少，以保證稱取的抗氧劑1010的質量更為準確。

(4)建議進一步討論聚乙烯中其他助劑是否對抗氧劑1010測定結果的影響。

4 結論

使用傅立葉紅外分光光度計建立了測定聚乙烯中抗氧劑1010含量的方法，該方法具有分析速度快，準確度和精密度較高的優點，適合石化生產控制的需要。