聚羧酸母液紅外光譜質(zhì)量控制可行性研究

郭學(xué)銘

（科之杰新材料集團(tuán)福建有限公司）

0 前言

紅外光譜是一種介于可見光(VIS)和中紅外光(IR)之間的電磁波，美國材料檢測協(xié)會(ASTM)，將其定義為波長780～2526nm 的光譜區(qū)。利用近紅外光譜的優(yōu)點(diǎn)有：①簡單方便，有不同的測樣器件可直接測定液體、固體、半固體和膠狀體等樣品，檢測成本低。②分析速度快，一般樣品可在1min 內(nèi)完成。③適用于近紅外分析的光導(dǎo)纖維易得到，故易實(shí)現(xiàn)在線分析及監(jiān)測，極適合于生產(chǎn)過程和惡劣環(huán)境下的樣品分析。④不損傷樣品可稱為無損檢測。⑤分辨率高可同時對樣品多個組分進(jìn)行定性和定量分析等。所以目前近紅外技術(shù)在食品產(chǎn)業(yè)等領(lǐng)域應(yīng)用較廣泛。

1 研究意義

目前，國內(nèi)還沒混凝土外加劑生產(chǎn)廠家引入紅外分析這一手段，控制聚羧酸母液質(zhì)量。紅外分析較傳統(tǒng)水泥凈漿檢驗(yàn)方法，穩(wěn)定性好即不同批次合格產(chǎn)品紅外譜圖基本一致，其操作受外界的干擾因素小，能很好表征母液質(zhì)量的穩(wěn)定。未來，引入紅外分析來控制聚羧酸母液的質(zhì)量和優(yōu)化聚羧酸母液生產(chǎn)工藝，降低生產(chǎn)成本，會是一種行業(yè)發(fā)展趨勢。

紅外光譜作為一種新的質(zhì)量控制手法，紅外光譜可以反應(yīng)出聚羧酸母液的分子量信息、產(chǎn)品類型、官能團(tuán)結(jié)構(gòu)以及對生產(chǎn)過程中的質(zhì)量控制，降低生產(chǎn)成本具有重要意義，同時，可以為工藝的改進(jìn)和新產(chǎn)品的開發(fā)提供重要的技術(shù)支持。紅外光譜檢驗(yàn)，一釜花費(fèi)時間1min左右，在檢驗(yàn)保坍型母液時間成本優(yōu)勢明顯，減水型母液時間成本略占優(yōu)勢。紅外光譜檢驗(yàn)，環(huán)保，對環(huán)境污染小，檢驗(yàn)過程只會產(chǎn)生少量的污水，水泥凈漿流動度檢驗(yàn)，對環(huán)境污染較大，檢驗(yàn)過程中會產(chǎn)生固體廢棄物（水泥凈漿）和污水。

2 試驗(yàn)材料與試驗(yàn)方案

2.1 試驗(yàn)材料

2.1.1 水泥

采用福建閩福建材的“閩福”牌42.5 級普通硅酸鹽水泥，其性能指標(biāo)見表1。

表1 普通硅酸鹽水泥的物理力學(xué)性能

2.1.2 聚羧酸母液供應(yīng)公司

⑴本公司生產(chǎn)的聚羧酸減水劑母液ZZ-S04B（含固量50%）。

⑵本公司生產(chǎn)的聚羧酸減水劑母液ZZ-S08A（含固量50%）。

2.2 試驗(yàn)方法

2.2.1 水泥凈漿流動度

水泥凈漿流動度采用GB/T 8077－2012 《水泥凈漿流動度性能試驗(yàn)方法》的規(guī)定進(jìn)行。

2.2.2 紅外光譜圖

紅外光譜圖采用LETS.KZJ7-3j-1.45－2019。內(nèi)部《分析測試規(guī)程 紅外光譜法》。

3 試驗(yàn)結(jié)果與分析

3.1 ZZ- S04B

3.1.1 試驗(yàn)數(shù)據(jù)與紅外光譜圖

根據(jù)GB/T 8077－2012 《水泥凈漿流動度性能試驗(yàn)方法》與GB/T 6040－2002《紅外光譜分析方法通則》分別檢測優(yōu)等品、合格品、不合格樣品各十釜ZZ-S04B母液，試驗(yàn)數(shù)據(jù)具體見表2～表4、圖1～圖3。

ZZ-S04B 母液優(yōu)等品各釜與標(biāo)準(zhǔn)樣品的凈漿流動度差值大小排名跟相關(guān)性數(shù)值排名并無直接關(guān)系，紅外光譜圖中各釜峰的位置、大小以及高度都與標(biāo)準(zhǔn)樣品相似。

表2 ZZ-S04B 優(yōu)等品凈漿流動度與紅外光譜相關(guān)性數(shù)值

表3 ZZ-S04B 合格品凈漿流動度與紅外光譜相關(guān)性數(shù)值

表4 ZZ-S04B 不合格品凈漿流動度與紅外光譜相關(guān)性數(shù)值

ZZ-S04B 母液合格品各釜與標(biāo)準(zhǔn)樣品的凈漿流動度差值大小排名跟相關(guān)性數(shù)值排名并無直接關(guān)系，紅外光譜圖中各釜峰的位置、大小以及高度都與標(biāo)準(zhǔn)樣品相似。

圖1 ZZ- S04B 優(yōu)等品紅外光譜圖

圖2 ZZ- S04B 合格品紅外光譜圖

圖3 ZZ- S04B 不合格品紅外光譜圖

ZZ-S04B 母液不合格品各釜與標(biāo)準(zhǔn)樣品的凈漿流動度差值大小排名跟相關(guān)性數(shù)值排名并無直接關(guān)系，紅外光譜圖中各釜峰的位置、大小以及高度都與標(biāo)準(zhǔn)樣品相似。

3.1.2 試驗(yàn)小結(jié)

從表2～表4 可以看出ZZ-S04B 母液優(yōu)等樣品、合格樣品的凈漿流動度與標(biāo)準(zhǔn)樣品的凈漿流動度差異不大，與標(biāo)準(zhǔn)樣品的相關(guān)性數(shù)值十分接近。不合格樣品的凈漿流動度與標(biāo)準(zhǔn)樣品凈漿流動度差異明顯，而與標(biāo)準(zhǔn)樣品的相關(guān)性數(shù)值十分接近。從圖1～圖3 看出，優(yōu)等樣品、合格樣品、不合格樣品各釜的峰值、峰的位置峰的形狀都與標(biāo)準(zhǔn)樣品的十分相似。

3.2 ZZ- S08A

3.2.1 驗(yàn)數(shù)據(jù)與紅外光譜圖

表5 ZZ-S08A 優(yōu)等品凈漿流動度與紅外光譜相關(guān)性數(shù)值

表6 ZZ-S08A 合格品凈漿流動度與紅外光譜相關(guān)性數(shù)值

根據(jù)GB/T 8077-2012《水泥凈漿流動度性能試驗(yàn)方法》與GB/T 6040--2002《紅外光譜分析方法通則》分別檢測優(yōu)等品、合格品、不合格樣品各十釜ZZ-S08A 母液，試驗(yàn)數(shù)據(jù)具體見表5～表7、圖4～圖6。

ZZ-S08A 母液優(yōu)等樣品各釜與標(biāo)準(zhǔn)樣品的凈漿流動度差值大小排名跟相關(guān)性數(shù)值排名并無直接關(guān)系，紅外光譜圖中各釜峰的位置、大小以及高度都與標(biāo)準(zhǔn)樣品相似。

ZZ-S08A 母液合格樣品各釜與標(biāo)準(zhǔn)樣品的凈漿流動度差值大小排名跟相關(guān)性數(shù)值排名并無直接關(guān)系，紅外光譜圖中各釜峰的位置、大小以及高度都與標(biāo)準(zhǔn)樣品相似。

ZZ-S08A 母液不合格樣品各釜與標(biāo)準(zhǔn)樣品的凈漿流動度差值大小排名跟相關(guān)性數(shù)值排名并無直接關(guān)系，紅外光譜圖中各釜峰的位置、大小以及高度都與標(biāo)準(zhǔn)樣品相似。

圖4 ZZ- S08A 優(yōu)等品品紅外光譜圖

圖5 ZZ- S08A 合格品紅外光譜圖

表7 ZZ-S08A 不合格品凈漿流動度與紅外光譜相關(guān)性數(shù)值

3.2.2 試驗(yàn)小結(jié)

從表5～表7 可以看出ZZ-S08A 母液優(yōu)等樣品、合格樣品的凈漿流動度與標(biāo)準(zhǔn)樣品的凈漿流動度差異不大，與標(biāo)準(zhǔn)樣品的相關(guān)性數(shù)值十分接近。不合格樣品的凈漿流動度與標(biāo)準(zhǔn)樣品凈漿流動度差異明顯，而與標(biāo)準(zhǔn)樣品的相關(guān)性數(shù)值十分接近。從圖4～圖6 看出，優(yōu)等樣品、合格樣品、不合格樣品各釜的峰值、峰的位置峰的形狀都與標(biāo)準(zhǔn)樣品的十分相似。

4 試驗(yàn)結(jié)論

圖6 ZZ- S08A 不合格品紅外光譜圖

從兩種聚羧酸母液試驗(yàn)數(shù)據(jù)中分析，優(yōu)等樣品、合格樣品的凈漿流動度跟基準(zhǔn)樣品的凈漿流動度相差不大，紅外光譜圖相關(guān)性數(shù)值，各峰值、位置、形狀與大小基本相同。雖然不合格樣品的凈漿流動度與基準(zhǔn)樣品的凈漿流動度相差很大，但在紅外光譜圖中相關(guān)性數(shù)值，各峰值、位置、形狀與大小也基本相同。單從紅外光譜圖的相關(guān)性數(shù)值和特征峰無法判斷樣品的凈漿流動度大小。從試驗(yàn)數(shù)據(jù)來看，ATR 紅外光譜測試法無法準(zhǔn)確判斷聚羧酸母液的凈漿流動度。