聚氯乙烯管材中聚氯乙烯樹脂含量的測定方法

丁建軍 甄永浩 梅一飛

（中國建材檢驗(yàn)認(rèn)證集團(tuán)股份有限公司，北京 100024）

根據(jù)產(chǎn)品形態(tài)，聚氯乙烯（PVC）制品可分為硬質(zhì)PVC、軟質(zhì)PVC和PVC糊三大類。硬質(zhì)PVC制品主要包括管材、型材、片材等擠出產(chǎn)品，以及管接頭、電氣零件等注塑件和擠出吹型的瓶類產(chǎn)品。軟質(zhì)PVC主要包括壓延片、汽車內(nèi)飾品、包裝袋、薄膜、標(biāo)簽、電線電纜、醫(yī)用制品等。PVC糊主要產(chǎn)品是搪塑制品[1]。

PVC管材是PVC樹脂最主要的產(chǎn)品形式之一，也是當(dāng)今全球用量最大的塑料管材品種。憑借其優(yōu)良的耐化學(xué)性、絕緣性、水密性、阻燃性、耐候性，以及內(nèi)壁光滑流體阻力小、施工方便、力學(xué)強(qiáng)度高、環(huán)剛度高、性價(jià)比高等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于建筑給排水管道、埋地排水管道、電工套管、通信管道等領(lǐng)域。

PVC管材中的PVC樹脂含量是決定制品性能的重要因素，有些產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)中就明確提出了PVC樹脂含量的要求，如GB/T 20221-2006《無壓埋地排污、排水用硬聚氯乙烯（PVC-U）管材》[2]中明確要求PVC樹脂含量（質(zhì)量含量）應(yīng)不少低于80%，GB/T 10002.1-2006《給水用硬聚氯乙烯（PVC-U）管材》[3]中要求PVC-U混配料要以PVC樹脂為主。然而，這些標(biāo)準(zhǔn)僅僅提出了要求，并未提供測試的方法，目前國內(nèi)也沒有相關(guān)的測試標(biāo)準(zhǔn)，也未見文獻(xiàn)報(bào)道。

迫于市場價(jià)競爭的壓力，一些不法商家為了壓縮成本，產(chǎn)品配方中大幅添加低廉的碳酸鈣粉等無機(jī)填充料，降低PVC樹脂的含量，這必然犧牲產(chǎn)品的物理性能、長期耐久性能。從近年來國家質(zhì)檢總局以及各省市質(zhì)檢部門對PVC管材抽查的結(jié)果來看，每年均有較大批次的產(chǎn)品不合格，其中不合格項(xiàng)目就包括拉伸屈服強(qiáng)度、落錘沖擊試驗(yàn)等物理性能，其中重要原因之一就是生產(chǎn)企業(yè)過多添加碳酸鈣粉等無機(jī)填充料[4，5]。

建立PVC管材中樹脂含量的測定方法對于準(zhǔn)確評價(jià)產(chǎn)品品質(zhì)、指導(dǎo)生產(chǎn)工藝改進(jìn)，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)樣品

市售的4種不同廠家生產(chǎn)的硬質(zhì)PVC管材，編號(hào)分別為A、B、C、D

1.2 測試儀器和方法

測試儀器：傅立葉變化紅外光譜儀（FTIR），BRUKER公司，TENSOR27；

測試方法：①對于固體不溶物和PVC樹脂，采用KBr壓片法制樣，取一定量試樣和KBr在研缽內(nèi)混勻后壓片；②對于濾液，采用液膜法制樣，吸取溶液滴在KBr鹽片上，在80℃烘箱內(nèi)烘干。

測試條件：波數(shù)范圍：4000 cm-1～400cm-1；分辨率：4 cm-1；掃描次數(shù)：16次。

1.3 實(shí)驗(yàn)原理

首先利用PVC樹脂等有機(jī)物易溶于四氫呋喃、環(huán)己酮等有機(jī)溶劑而無機(jī)顏填料不溶解的特性，通過溶解、高速離心分離將PVC樹脂等有機(jī)物與無機(jī)顏填料分離；然后利用PVC樹脂在甲醇、乙醇等有機(jī)溶劑中析出、沉淀，而其它有機(jī)添加劑不易析出的性質(zhì)，將PVC樹脂與其它有機(jī)添加劑分離[6]。實(shí)驗(yàn)中采用紅外光譜法輔助鑒別得到的不溶物和濾液中是否含有PVC樹脂，以及最后得到的PVC樹脂是否純凈。

1.4 實(shí)驗(yàn)方案

1）將材料剪碎成細(xì)小顆粒，3mm左右；

2）稱取試樣質(zhì)量m0（1g左右，精確至0.1mg），放于離心管中，加入約20mL四氫呋喃；

3）水浴下溶解完全，冷卻至室溫；

4）在高速離心機(jī)上離心分離，3000轉(zhuǎn)/min，20min，收集上層清液；

5）在不溶物中加入20mL四氫呋喃，溶解、冷卻、離心，重復(fù)2次，分別匯總上層清液和不溶物；

6）不溶物在105℃烘箱內(nèi)烘干后，稱重為m1；

7）在磁力攪拌器強(qiáng)烈攪拌下，將上層清液逐滴加到200ml無水乙醇中，靜置過夜，待白色沉淀物完全析出；

8）真空抽濾，分別收集白色沉淀物和濾液，白色沉淀物用無水乙醇反復(fù)洗滌5次；

9）白色沉淀物在60℃真空烘箱中干燥至恒重，得到樹脂，稱重為m2；

10）分別用紅外光譜法鑒別步驟（5）得到的不溶物、步驟（7）得到的濾液和步驟（8）得到的樹脂。

1.5 實(shí)驗(yàn)技術(shù)路線

實(shí)驗(yàn)技術(shù)路線如圖1所示。

圖1 實(shí)驗(yàn)技術(shù)路線

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 紅外光譜分析結(jié)果

樣品A所得樹脂與純PVC樹脂的紅外光譜圖分別如圖2中（a）、（b）所示，對比可見，樣品A所得樹脂的譜圖與純PVC樹脂的譜圖完全吻合。其中，2916cm-1、2847cm-1和1429cm-1處吸收峰分別對于CH2反對稱伸縮振動(dòng)、對稱伸縮振動(dòng)和變角振動(dòng)，1333cm-1和1250cm-1處吸收峰對應(yīng)CHCl上C-H面內(nèi)彎曲振動(dòng)，1099cm-1處吸收峰對應(yīng)C-C伸縮振動(dòng)，962cm-1處吸收峰對應(yīng)C-H反式面外彎曲振動(dòng)，690cm-1處吸收峰對應(yīng)C-Cl伸縮振動(dòng)。

圖2 紅外光譜圖：（a）樣品A所得樹脂；（b）純PVC樹脂

樣品B、C、D所得樹脂的紅外光譜圖與樣品A一致，此處未列。由此可知，4個(gè)實(shí)驗(yàn)樣品所得樹脂均為純凈PVC樹脂。

樣品A所得不溶物與濾液的紅外光譜圖分別如圖3中（a）、（b）所示，均未出現(xiàn)PVC樹脂中的特征吸收峰，說明不溶物和濾液中均不含PVC樹脂。分析可知，圖（a）與碳酸鈣的紅外譜圖基本一致，表明不溶物的主要為碳酸鈣填料。圖（b）與聚丙烯酸酯類紅外譜圖相似，表明濾液中含有聚丙烯酸酯類，可能是PVC管材中的ACR類增韌劑。

樣品B、C、D不溶物和濾液的紅外譜圖與樣品A不溶物和濾液基本一致，此處未列。由此可知，4個(gè)實(shí)驗(yàn)樣品所得不溶物和濾液中均不含PVC樹脂，且不溶物成分主要為碳酸鈣。

圖3 紅外光譜圖：（a）樣品A所得不溶物；（b）樣品A所得濾液

2.2 實(shí)驗(yàn)樣品中無機(jī)填充料含量、PVC樹脂含量測定結(jié)果

實(shí)驗(yàn)樣品中無機(jī)填充料含量wfiller計(jì)算方法：

其中，m0為稱取的樣品質(zhì)量，m1為得到的不溶物質(zhì)量。

實(shí)驗(yàn)樣品中PVC樹脂含量計(jì)算方法：

其中，m0為稱取的樣品質(zhì)量，m2為得到的PVC樹脂質(zhì)量。

4個(gè)樣品的測定結(jié)果如表1所示，每個(gè)樣品進(jìn)行2次平行實(shí)驗(yàn)。

通過4個(gè)樣品的平行實(shí)驗(yàn)，PVC樹脂含量的偏差不超過0.4%，無機(jī)填充料含量的偏差不超過0.5%，實(shí)驗(yàn)的精密度可靠。

4個(gè)樣品中，樣品A和D的PVC樹脂含量較高，均超過80%，無機(jī)填充料含量在11%～13.4%；樣品B中PVC樹脂含量略低，無機(jī)填充料含量約為19%；而樣品C中PVC樹脂含量大幅偏低，僅有60%左右，無機(jī)填充料含量則高達(dá)35%。這說明當(dāng)前市場上PVC管材的品質(zhì)確實(shí)參差不齊，某些廠家為了壓縮成本，大量添加無機(jī)填充料，將導(dǎo)致產(chǎn)品的物理性能、長期耐久性能下降。

3 結(jié)論

通過紅外光譜分析，實(shí)驗(yàn)過程中得到的不溶物、濾液中均不含PVC樹脂；最終得到樹脂為純PVC樹脂，不含其它雜質(zhì)。

表1 實(shí)驗(yàn)樣品中PVC樹脂含量測定結(jié)果

4個(gè)實(shí)驗(yàn)樣品中PVC樹脂含量和無機(jī)填充料含量各不相同，PVC樹脂含量介于60.1%～84.7%，無機(jī)填充料含量介于11.0%～35.3%。樣品D中PVC樹脂含量大幅低于其它3個(gè)樣品，而無機(jī)填充料明顯偏高。

本實(shí)驗(yàn)建立的方法可以用于準(zhǔn)確測定PVC管材中PVC樹脂含量，為從化學(xué)成分上評價(jià)產(chǎn)品品質(zhì)、指導(dǎo)生產(chǎn)工藝改進(jìn)提供了有效途徑。