CN109916770A - 一种测定聚合物颗粒密度的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种聚合物颗粒密度测定方法，采用比重瓶，将待测聚合物颗粒试样装入比重瓶内，使得水在负压状态下自动充满比重瓶，巧妙得到了待测试样排开水的体积，再根据待测试样的质量计算获得待测聚合物颗粒试样的密度。本发明具有试验步骤简单、操作简便、速度快、试验结果准确、精确性高、试验成本低等特点。本发明的聚合物颗粒测定方法以一般工程材料试验检测试验室具有的常用设备为基础，不涉及任何特殊或有害化学品的使用，对试验人员和环境无危害。

Description

一种测定聚合物颗粒密度的方法

技术领域

本发明属于试验检测技术领域，尤其涉及一种测定聚合物颗粒密度的方法。

背景技术

尤其在近十年，各种新型沥青改性剂得到较广泛的推广和应用，并且越来越多的沥青改性剂是采用直投式。直投式是将沥青改性剂在沥青混合料生产时直接投入沥青混合料拌缸中，与矿料、基质沥青拌合成改性沥青混合料。对于沥青混合料拌合楼，直投式比预混式更方便，不需要增加新的沥青储罐，不会对其他类型沥青混合料的生产造成影响，尤其适合小批量特殊改性沥青混合料的生产。沥青混合料常用的颗粒状或粉末状直投式改性剂按功能和用途分主要有抗车辙剂、高黏度沥青改性剂、有机降黏型温拌剂、多功能复合沥青改性剂及废旧橡胶粉等。直投式改性剂的成分基本上是以聚合物材料为主，有的复合部分无机材料。直投式改性剂的掺用通常会使得沥青混合料变得黏稠，不易分散。因此，沥青混合料理论最大相对密度宜采用计算法，不宜采用真空法实测。沥青混合料中各组成材料(粗集料、细集料、填料、沥青、改性剂)的相对密度试验结果是计算混合料理论最大相对密度的前提。但是，交通运输部行业标准中尚无改性剂密度试验方法的规定。实际工作中，配合比设计人员考虑到改性剂用量低(通常为沥青混合料或矿料质量的0.3％～0.5％)，且无法获得改性剂相对密度，往往在计算沥青混合料理论最大相对密度和各矿料质量占沥青混合料总质量的百分率之和时，对改性剂这一组分予以了忽略。实践表明，这会影响沥青混合料配合比设计。这也是沥青混合料试验人员面临的难题。

对于固体材料密度的试验，基本原理是根据待测试样的质量和体积计算获得。其中试样的质量通常可通过电子天平获得，关键是如何获得试样的体积。对于密度大于水且非吸水性的固体材料，比较简便，可采用容量瓶，通过排开水的体积获得试样的体积。对于密度小于水的固体材料，则比较复杂和困难，需要寻找与试样不发生物理化学反应且密度不大于试样密度的化学试剂，即当化学试剂密度比待测试样密度小，试样能沉在化学试剂中；或与待测试样密度一致，试样能悬浮在化学试剂中，通过排开化学试剂的体积获得试样的体积。

关于颗粒状、粉末状聚合物改性剂密度的有关试验方法，通过查阅其他行业相关标准，了解到石油化工行业采用的《塑料非泡沫塑料密度的测定第1部分：浸渍法、液体比重瓶法和滴定法》(GB/T 1033.1-2008)、《塑料非泡沫塑料密度的测定第2部分：密度梯度柱法》(GB/T 1033.2-2010)和《塑料非泡沫塑料密度的测定第3部分：气体比重瓶法》(GB/T1033.3-2010)标准规定了非泡沫塑料密度的试验方法。

《塑料非泡沫塑料密度的测定第1部分：浸渍法、液体比重瓶法和滴定法》(GB/T1033.1-2008)规定了非泡沫塑料密度的3种试验方法。其中方法A浸渍法会涉及到一些特殊或有害化学品。其中方法B液体比重瓶法，比重瓶要求带侧臂式溢流毛细管。该标准未对比重瓶的容量、尺寸、毛细管直径大小等参数作具体规定。另外，一般的工程材料试验检测试验室通常不具有这种特殊的比重瓶。其中方法C滴定法会涉及到一些特殊或有害化学品，如甲醇、四氯化碳、二甲基甲酰胺等，且试验过程复杂。

《塑料非泡沫塑料密度的测定第2部分：密度梯度柱法》(GB/T 1033.2-2010)的原理是：通过2种液体，配制密度从顶部到底部在一定范围内均匀提高的密度梯度柱，试样的密度可以由曲线法或者根据试样在梯度柱中的位置用计算法得出。该方法的特点主要是：精度高；试验需要专用仪器设备，主要包括：密度梯度柱、玻璃浮子、虹吸管或毛细填充管组合等；操作过程复杂，仅正式试验过程就包括了玻璃浮子的制备和校准、密度梯度柱的配置、密度的测定和计算等过程，试验周期长；试验步骤要求严格，经验性强，不适合一般试验人员；对待测试样要求高，要求试样表面应光滑，无凹陷，以避免因试样表面有气泡存留而产生误差；试验采用苯甲醇、甲苯、三溴甲烷、四氯乙烷等有害化学品作为测试介质，试验时会对试验人员和环境产生危害。

《塑料非泡沫塑料密度的测定第3部分：气体比重瓶法》(GB/T 1033.3-2010)的原理是：试样密封在已知体积的样品仓内，向样品仓通入高纯度的氦气或氮气，然后打开连通样品仓和扩展仓的阀门，高压气体从样品仓内扩展到已知体积的扩展仓内，样品仓和扩展仓达到气压平衡，根据样品仓和扩展仓气压的变化，利用理想气体状态方程，获得试样的体积。再根据试样的质量和测得的体积计算试样的密度。该标准仅给出了试验原理，无定型设备结构的具体描述。目前，我国主要采用进口真密度仪，但该设备价格昂贵，在试验时要求配备高纯度氮气或氦气，推荐使用压力为300kPa，纯度不小于99.99％。另外，如果气体比重瓶容积或温度变化，或使用不同的测量气体或气体压力由较大变化时，应重新校准气体比重瓶。

为解决上述问题，本发明是一种以一般工程材料试验检测试验室具有的常用设备为基础，不涉及任何特殊或有害化学品、步骤简单、操作简便、快速、试验结果准确性高、精确性高、试验成本低的试验方法。

发明内容

基于此，提供一种测定聚合物颗粒密度的方法。

为达到上述目的，本发明的解决方案是：

一种测定聚合物颗粒密度的方法，包括以下步骤：

a)将比重瓶放入规定温度的恒温水浴中不少于15min；

b)取出盛满水的比重瓶，盖上瓶塞，称量盛满水的比重瓶的质量m₂，

c)倒出比重瓶中的水，烘干，并称量干燥的比重瓶的质量m₁，

d)在烘干的比重瓶中装入待测聚合物试样，盖上瓶塞，并称量带试样的比重瓶的质量m₃，

e)用隔离材料盖住瓶塞，将隔离材料盖住的比重瓶放入盛有水的真空容器中，用抽真空设备对该容器抽真空，使得水自动充满该比重瓶，

f)对该容器卸压，取出比重瓶，卸掉隔离材料，并放入规定温度的恒温水浴中不少于15min，

g)称量从步骤f)得到的比重瓶的质量m₄，

h)按照下面公式计算待测聚合物颗粒的相对密度和密度

ρ_x＝γ_x×ρ_w (2)

其中：γ_x表示试样相对密度，ρ_x表示试样密度，g/cm³，ρ_w表示试验温度下水的密度。

优选地，所述聚合物呈颗粒状、粉末状或絮状。

优选地，所述比重瓶为沥青比重瓶。

进一步地，所述沥青比重瓶的瓶塞具有仅供水分子通过的毛细孔。

优选地，用沥青混合料理论最大相对密度仪作为抽真空设备和真空容器。

优选地，采用软布作为隔离材料，并采用橡皮筋将软布和比重瓶身箍紧。

本发明的基本原理是：采用带有毛细孔的沥青比重瓶，将试样装入比重瓶内，用软布覆盖比重瓶瓶塞的毛细孔，并用橡皮筋将软布和比重瓶瓶身箍紧，放入沥青混合料用理论最大相对密度仪中，在负压状态下，水会透过软布通过比重瓶瓶塞毛细孔自动进入比重瓶内并充满比重瓶，而比重瓶内的试样因软布的隔离作用，不会从比重瓶内析出和损失，巧妙得到了试样排开水的体积，再根据试样质量计算获得试样的密度。

本发明由于采用了以上技术方案，具有以下优点：1、采用一般工程材料试验检测试验室具有的沥青比重瓶作为盛样瓶，沥青混合料用理论最大相对密度仪作为抽真空设备和真空容器，不需要额外购置其他设备；2、采用沥青混合料用理论最大相对密度仪作为抽真空设备和真空容器的作用是：产生负压，水会透过软布和比重瓶瓶塞的毛细孔自动进入比重瓶内并充满比重瓶；去除待测聚合物颗粒试样表面的气泡，使待聚合物颗粒试样能与水充分接触、互溶。3、采用的介质是洁净水，不涉及任何特殊或有害化学品的使用；4、采用常见的软布作为隔离材料，并用常见的橡皮筋将软布和比重瓶瓶身箍紧，水会透过软布通过比重瓶瓶塞毛细孔自动进入比重瓶内并充满比重瓶，巧妙得到了试样排开水的体积，且比重瓶内的试样中可能存在的微小颗粒因软布的隔离作用，不会从比重瓶内析出和损失，提高了试验测定结果的准确性；5、试验步骤简单，操作简便，适用于一般试验人员；试验速度快，1h内即可获得试验结果，结果准确性高，重复性误差小。

附图说明

图1为本发明一实施的测定聚合物颗粒密度的方法的流程示意图。

图2是软布和比重瓶的箍紧方法图。

具体实施方式

以下结合附图所示实施例对本发明作进一步的说明。

请参阅图1，在一个实施例中，一种测定聚合物颗粒密度的方法，包括以下步骤：

S100,将比重瓶放入规定温度的恒温水浴中不少于15min；

其中，步骤a)之前，用洁净水将比重瓶洗涤干净，清除污物。

S200,取出盛满水的比重瓶，盖上瓶塞，称量盛满水的比重瓶的质量m₂；

其中，从恒温水浴中取出盛有水的比重瓶，轻轻将瓶塞塞入瓶口，使多余的水由瓶塞上的毛细孔中挤出。此时比重瓶的下部凹形处不得有气泡。若有气泡，取出瓶塞，用滴管向比重瓶中补充少量水，再次盖好瓶塞，使比重瓶盛满水，然后立即用干净软布将瓶塞顶部擦拭一次，再迅速擦干比重瓶外面的水分，称量比重瓶和所盛满水的合计质量(m₂)。瓶塞顶部只能擦拭一次，即使有小水滴也不得再擦拭。

S300,倒出比重瓶中的水，烘干，并称量干燥的比重瓶的质量m₁；

其中，将比重瓶放入烘箱中烘干，取出烘干的比重瓶，放入干燥器中，冷却后称量比重瓶的质量(m₁)。

S400在烘干的比重瓶中装入待测聚合物试样，盖上瓶塞，并称量带试样的比重瓶的质量m₃；

其中，用料勺将缩分后的试样装入比重瓶内，塞紧瓶塞后，称量比重瓶与所盛试样的合计质量m₃，试样装样量可控制为瓶身的1/3到2/3高度。

S500,用隔离材料盖住瓶塞，将隔离材料盖住的比重瓶放入盛有水的真空容器中，用抽真空设备对该容器抽真空，使得水加满该比重瓶；

请参阅图2，其中，用软布盖住瓶塞，并用橡皮筋将软布箍紧在瓶身上，将软布箍好的盛有试样的比重瓶放入沥青混合料理论最大相对密度仪中，向沥青混合料理论最大相对密度仪料筒中加入洁净水，加水量至少要比比重瓶高2cm以上，按沥青混合料理论最大相对密度仪的使用要求启动抽真空和振动，直至无气泡进入比重瓶内为止，可抽真空15min以上。

S600对该容器卸压，取出比重瓶，卸掉隔离材料，并放入规定温度的恒温水浴中不少于15min；

S700,称量从步骤f)得到的比重瓶的质量m₄；

取出比重瓶，卸掉橡皮筋和软布。检查比重瓶的下部凹形处是否有气泡，若有气泡，取出瓶塞，用滴管向比重瓶中补充少量水，再次盖好瓶塞，迅速用软布擦干瓶外水分，称量比重瓶、试样和所盛满水的合计质量(m₄)

S800,按照下面公式计算待测聚合物颗粒的相对密度和密度；

试样相对密度和密度按下式计算，精确至0.001，分别见式(1)和式(2)。

ρ_x＝γ_x×ρ_w (2)

式中：γ_x——试样相对密度，无量纲；

ρ_x——试样密度，g/cm³；

m₁——比重瓶的质量(g)；

m₂——比重瓶与所盛满水的合计质量(g)；

m₃——比重瓶与试样的合计质量(g)；

m₄——比重瓶、试样和所盛满水的合计质量(g)；

ρ_w——试验温度下水的密度，25℃水的密度取0.997 02g/cm³。

本实施例中，所述聚合物呈颗粒状、粉末状或絮状。

优选地，所述比重瓶为沥青比重瓶。

进一步地，所述沥青比重瓶的瓶塞具有毛细孔。

优选地，用沥青混合料理论最大相对密度仪作为抽真空设备和真空容器。

优选地，采用软布作为隔离材料，并采用橡皮筋将软布和比重瓶身箍紧。

该方法采用的设备主要有：沥青比重瓶、沥青混合料理论最大相对密度仪、分析天平、恒温水浴、软布、橡皮筋等；采用洁净水作为介质。所述的设备是一般工程材料试验检测试验室具有的常用设备，测试成本低。所述的介质是洁净水，不涉及任何特殊或有害化学品的使用，对试验人员和环境无危害。具有试验步骤简单、操作简便、快速、试验结果准确性高、精确性高、试验成本低等特点的试验方法。值得一提的是，本发明的上下文中，密度指的是表观密度(apparent density),即单位体积(包括材料实体体积和内部封闭孔隙体积之和)的干质量，以g/cm³计；相对密度指的是表观相对密度(apparent specific gravity)，是表观相对密度与同温度水密度的比值，无量纲；非吸水性是指聚合物材料在(23±2)℃的洁净水中浸泡(24±1)h后，无水溶性物质溶出及明显的膨胀等现象发生。

实施例1：

以上海浦东路桥沥青材料有限公司生产的一种商品名为RST的高弹性改性剂为例，其密度小于水，测定RST的高弹性改性剂密度的方法，包括以下步骤：

(1)取出比重瓶，用洁净水将比重瓶洗涤干净，将比重瓶放入25℃温度的恒温水浴中，放入水中15min，比重瓶盛满水；

(2)15min后，从恒温水浴中取出盛有水的比重瓶，轻轻将瓶塞塞入瓶口，使多余的水由瓶塞上的毛细孔中挤出，立即用干净软布将瓶塞顶部擦拭一次，再迅速擦干比重瓶外面的水分，称量比重瓶和所盛满水的合计质量(m₂)；

(3)称量后，将比重瓶中的水倒出，将比重瓶放入烘箱中烘干，冷却后称量比重瓶的质量(m₁)；

(4)在烘干的比重瓶中装入RST高弹性改性剂，试样装样量可控制为瓶身的1/3,塞紧瓶塞后，称量比重瓶与所盛试样的合计质量(m₃)；

(5)用软布盖住瓶塞，并用橡皮筋将软布箍紧在瓶身上，将软布箍好的盛有试样的比重瓶放入沥青混合料理论最大相对密度仪中，向沥青混合料理论最大相对密度仪料筒中加入洁净水，加水量至少要比比重瓶高2cm以上，启动抽真空和振动，使得水在负压状态下自动充满该比重瓶，直至无气泡进入比重瓶内为止，为使气泡容易除去，可在水中加0.01％浓度的表面活性剂，如每100ml水中加0.01g洗涤灵。

(6)抽真空结束后，打开调压阀，慢慢卸压，卸压速度不得大于8kPa/s，使沥青混合料理论最大相对密度仪料筒的压力逐渐恢复，卸压后，取出比重瓶，卸掉橡皮筋和软布，将装入RST高弹性改性剂的比重瓶放入25℃温度的恒温水浴中持续15min；

(7)取出比重瓶，用软布擦干瓶外水分，称量比重瓶、试样和所盛满水的合计质量(m₄)

(8)按照下面公式计算待测聚合物颗粒的相对密度和密度：

ρ_x＝γ_x×ρ_w (2)

试验原始数据和计算结果见表1。

表1 RST高弹性改性剂的相对密度试验原始数据和计算结果(本发明方法)。

实施例2：

以巴赛尔工程技术(北京)有限公司生产的一种商品名为Domix的抗车辙剂为例，其密度大于水。测定Domix抗车辙剂密度的方法，包括以下步骤：

(1)取出比重瓶，用洁净水将比重瓶洗涤干净，将比重瓶放入25℃温度的恒温水浴中，放入水中20min，比重瓶盛满水；

(2)20min后，从恒温水浴中取出盛有水的比重瓶，轻轻将瓶塞塞入瓶口，使多余的水由瓶塞上的毛细孔中挤出，立即用干净软布将瓶塞顶部擦拭一次，再迅速擦干比重瓶外面的水分，称量比重瓶和所盛满水的合计质量(m₂)；

(3)称量后，将比重瓶中的水倒出，将比重瓶放入烘箱中烘干，冷却后称量比重瓶的质量(m₁)；

(4)在烘干的比重瓶中装入Domix抗车辙剂，试样装样量可控制为瓶身的2/3,塞紧瓶塞后，称量比重瓶与所盛试样的合计质量(m₃)；

(5)用软布盖住瓶塞，并用橡皮筋将软布箍紧在瓶身上，将软布箍好的盛有试样的比重瓶放入沥青混合料理论最大相对密度仪中，向沥青混合料理论最大相对密度仪料筒中加入洁净水，加水量至少要比比重瓶高2cm以上，启动抽真空和振动，使得水自动加满该比重瓶，直至无气泡进入比重瓶内为止，抽真空持续时间为20min，为使气泡容易除去，可在水中加0.01％浓度的表面活性剂，如每100ml水中加0.01g洗涤灵。

(6)抽真空结束后，打开调压阀，慢慢卸压，卸压速度不得大于8kPa/s，使沥青混合料理论最大相对密度仪料筒的压力逐渐恢复，卸压后，取出比重瓶，卸掉橡皮筋和软布，将装入Domix抗车辙剂的比重瓶放入25℃温度的恒温水浴中持续15min；

(7)取出比重瓶，用软布擦干瓶外水分，称量比重瓶、试样和所盛满水的合计质量(m₄)

(8)按照下面公式计算待测聚合物颗粒的相对密度和密度：

ρ_x＝γ_x×ρ_w (2)

试验原始数据和计算结果见表2。

表2 Domix抗车辙剂的相对密度试验原始数据和计算结果(本发明方法)。

由实施例1和实施例2的结果表1和表2可知，本发明方法获得的试验结果的变异系数极小，重复性好，证明了本发明方法精确性高。当然，变异系数的大小与本发明方法本身的精确性、样品本身的生产均匀性和重复性试验次数等有关。

实施例3

在上海地区，在道路工程沥青混合料中获得广泛应用的典型代表性聚合物改性剂见表3。表3典型代表性聚合物改性剂。

本实施例采用上述多种不同类型、不同密度等级、不同状态的聚合物改性剂进行试验，实施例3的测定方法步骤与实施例2的方法步骤相同，试样的相对密度试验结果见表4。

表4聚合物改性剂的相对密度试验结果。

由表4可知，对不同类型、不同密度等级、不同状态的聚合物改性剂试样，采用本发明方法，均获得了变异系数极小，重复性好的试验结果。本发明方法也适用于粉末状、絮状粉末聚合物材料相对密度的测定。

实施例4

为证明本发明方法试验结果的准确性，采用气体比重瓶法对多种不同类型、不同密度等级、不同状态的聚合物改性剂试样进行试验，对获得的密度结果(g/cm³)换算成相对于25℃水的相对密度(无量纲)。以气体比重瓶法试验结果作为基准，用本发明方法结果与之进行比对，计算2种方法的绝对误差和相对误差，分析本发明方法试验结果的准确性。

本实施例以气体比重瓶法测定聚合物颗粒密度，改性剂相对密度的气体比重瓶法试验采用全自动真密度仪获得试验结果，该仪器由Micromeritics InstrumentsCorporation(美国麦克默瑞提克仪器公司)生产，AccuPyc 1330型。

采用气体比重瓶法测定聚合物颗粒密度，包括以下步骤：

(1)检查氮气钢瓶的气压是否符合要求。

(2)打开氮气钢瓶阀门，调节减压阀，使出口压力符合要求。

(3)清洁样品杯，备用。将样品杯放入天平内，去皮。

(4)将待测试样装入样品杯中，可采用料勺，装入量宜为样品杯体积的2/3。称量并记录试样的质量。

(5)将样品杯放回真密度仪中，盖好并旋紧盖子。

(6)启动真密度仪，开始试验。

(7)试验分析过程结束，查看密度试验结果。

采用气体比重瓶法对多种不同类型、不同密度等级、不同状态的聚合物改性剂试样进行试验，试验结果见表5。

表5聚合物改性剂的相对密度试验结果(气体比重瓶法)。

由表5可知，气体比重瓶法获得的上述改性剂材料试验结果的变异系数情况与本发明方法试验结果规律一致。

本发明相对密度试验结果与气体比重瓶法获得的多种不同类型、不同密度等级、不同状态的聚合物改性剂的相对密度试验结果的比对结果见表6。比较方法为：以气体比重瓶法试验结果作为基准，本发明方法试验结果与之进行比较，计算绝对误差和相对误差。

表6聚合物改性剂的相对密度试验结果比对(本发明方法与气体比重瓶法)。

表6的比对结果证明了本发明方法试验结果的准确性，本发明方法对多种聚合物材料密度测定是完全可行的。本发明方法在不使用特殊的昂贵设备和实验室特殊气体的情况下，达到了较高的测量准确性。

上述对实施例的描述是为了便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种测定聚合物颗粒密度的方法，其特征在于，包括以下步骤：

a)将比重瓶放入规定温度的恒温水浴中不少于15min；

b)取出盛满水的比重瓶，盖上瓶塞，称量盛满水的比重瓶的质量m₂；

c)倒出比重瓶中的水，烘干，并称量干燥的比重瓶的质量m₁；

d)在烘干的比重瓶中装入待测聚合物试样，盖上瓶塞，并称量带试样的比重瓶的质量m₃；

e)用隔离材料盖住瓶塞，将隔离材料盖住的比重瓶放入盛有水的真空容器中，用抽真空设备对该容器抽真空，使得水自动充满该比重瓶；

f)对该容器卸压，取出比重瓶，卸掉隔离材料，并放入规定温度的恒温水浴中不少于15min；

g)取出该比重瓶，称量从步骤f)得到的比重瓶的质量m₄；

h)按照下面公式计算待测聚合物颗粒的相对密度和密度：

ρ_x＝γ_x×ρ_w (2)

其中：γ_x表示试样相对密度，ρ_x表示试样密度，g/cm³，ρ_w表示试验温度下水的密度。

2.根据权利要求1所述的测定聚合物颗粒密度的方法，其特征在于，所述聚合物呈颗粒状、粉末状或絮状。

3.根据权利要求1所述的测定聚合物颗粒密度的方法，其特征在于，所述比重瓶为沥青比重瓶。

4.根据权利要求3所述的测定聚合物颗粒密度的方法，其特征在于，所述沥青比重瓶的瓶塞具有仅供水分子通过的毛细孔。

5.根据权利要求1所述的测定聚合物颗粒密度的方法，其特征在于，用沥青混合料理论最大相对密度仪作为抽真空设备和真空容器。

6.根据权利要求1所述的测定聚合物颗粒密度的方法，其特征在于，采用软布作为隔离材料，并采用橡皮筋将软布和比重瓶身箍紧。

7.根据权利要求1所述的测定聚合物颗粒密度的方法，其特征在于，使得水在负压状态下经由所述毛细孔自动充满于所述比重瓶。