Аннотация: Основываясь на результатах определения содержания летучих веществ в полидиметилсилоксане с концевыми гидроксильными группами, полученных с помощью электрического термостатируемого сушильного шкафа с принудительной циркуляцией воздуха, в работе рассматривается возможность применения галогенного анализатора влажности для определения содержания летучих веществ, выводится необходимое для получения эквивалентных результатов время и проводится его проверка. Результаты показывают, что традиционный метод нагрева в шкафу требует много времени, тогда как галогенный анализатор влажности нагревает пробу встроенным галогенным сушильным блоком, обеспечивая быстрый и равномерный нагрев и хорошую повторяемость; взвешивание и нагрев выполняются за один этап. Применение галогенного анализатора влажности для определения содержания летучих веществ позволяет значительно повысить эффективность испытаний и удовлетворить потребности производственного контроля и обеспечения качества, при этом относительная погрешность между двумя методами составляет менее 5 %.

Полидиметилсилоксан с концевыми гидроксильными группами представляет собой линейный реакционноспособный полисилоксан — прямолинейный кремнийфункциональный полисилоксан с гидроксильными функциональными группами, непосредственно связанными с атомами кремния на обоих концах цепи. В результате дальнейших реакций этот кремнийфункциональный полисилоксан может быть превращён в линейные или сшитые полисилоксаны с высокой молярной массой. Он является основным сырьём для таких продуктов, как кремнийорганический каучук, вулканизируемый при комнатной температуре, — одного из основных продуктов силиконовой промышленности с большим объёмом выпуска и широкой областью применения.

Поскольку различные факторы производственного процесса могут влиять на содержание летучих веществ в полидиметилсилоксане с концевыми гидроксильными группами и тем самым на качество готовой продукции, в национальном стандарте установлены технические требования к содержанию летучих веществ, а сам показатель включён в перечень испытаний при типовом контроле и в стандартные испытания.

Основными методами определения летучих веществ являются метод электрического термостатируемого сушильного шкафа с принудительной циркуляцией воздуха и метод галогенного анализатора влажности. Метод сушильного шкафа имеет ясный принцип, простое исполнение, высокую воспроизводимость и низкую стоимость прибора и обычно подходит для самоконтроля изготовителей и входного контроля; однако он требует много времени и не позволяет быстро испытывать большое количество образцов, что является определённым ограничением. В методе галогенного анализатора влажности в качестве источника тепла используется галогенная лампа, а содержание летучих веществ определяется по термогравиметрическому принципу; быстрый и равномерный нагрев позволяет быстро высушивать образцы и получать точные результаты по содержанию летучих веществ с хорошей воспроизводимостью.

Во многих промышленных и лабораторных условиях метод галогенного анализатора влажности постепенно вытесняет метод сушильного шкафа благодаря простоте работы, быстроте испытаний, малой требуемой массе образца и отличной сходимости с методом сушильного шкафа.

В данном эксперименте, используя результаты метода сушильного шкафа в качестве эталона, рассматривается возможность определения содержания летучих веществ в полидиметилсилоксане с концевыми гидроксильными группами с помощью галогенного анализатора влажности и выводится необходимое время испытания.

1. Экспериментальная часть

1.1 Основные реагенты и приборы

Полидиметилсилоксан с концевыми гидроксильными группами: вязкость 20000 мПа·с, 50000 мПа·с, 80000 мПа·с.

Электрический термостатируемый сушильный шкаф с принудительной циркуляцией воздуха; галогенный анализатор влажности серии VicoMeter VM-E. Видео с описанием приборов приведены ниже:

1.2 Определение содержания летучих веществ в полидиметилсилоксане с концевыми гидроксильными группами

1.2.1 Метод электрического термостатируемого сушильного шкафа с принудительной циркуляцией воздуха

Навеску образца (4±0,5) г помещают в бюкс постоянной массы, ставят в сушильный шкаф с температурой (150±2) °C на 3 ч, затем извлекают, охлаждают до комнатной температуры в эксикаторе (около 30 мин) и взвешивают. Содержание летучих веществ рассчитывают по формуле 1. Каждый образец измеряют дважды и берут среднее значение.

w(летучие)=[(m1-m2)/(m1-m0)]x100 %

где w(летучие) — массовая доля летучих веществ, %; m0 — масса бюкса, г; m1 — масса образца с бюксом до сушки, г; m2 — масса образца с бюксом после сушки, г.

1.2.2 Метод галогенного анализатора влажности

Навеску образца (4±0,5) г помещают на алюминиевую чашку галогенного анализатора влажности. Температуру испытания устанавливают 150 °C, режим остановки — ручной; закрывают сушильный блок и, как только отображаемая температура поднимется до 150 °C и стабилизируется, начинают отсчёт времени. Фиксируют содержание летучих веществ, отображаемое на дисплее, через 3 мин, 5 мин, 7 мин и 10 мин (если значение за 10 мин не совпадает с результатом метода сушильного шкафа, время испытания продлевают). Каждый образец измеряют дважды и берут среднее значение.

2. Результаты и их обсуждение

2.1 Анализ данных

2.1.1 Определение обоснованной относительной погрешности содержания летучих веществ в образце

Относительную погрешность содержания летучих веществ в образце рассчитывают по формуле 2.

δ=(X－X1)/X1×100%

где δ — относительная погрешность, %; X — измеренная массовая доля летучих веществ, %; X1 — средняя массовая доля летучих веществ, %.

Методом сушильного шкафа испытано 55 партий образцов, средняя относительная погрешность содержания летучих веществ составила 5,31 %. Для обеспечения более точных результатов и удобства расчёта обоснованная относительная погрешность содержания летучих веществ установлена на уровне 5 %.

2.1.2 Возможность определения содержания летучих веществ в полидиметилсилоксане с концевыми гидроксильными группами с помощью галогенного анализатора влажности

Из одной партии образцов указанного эксперимента были случайным образом отобраны пробы для испытания с увеличенным временем; результаты приведены в таблице 1.

Таблица 1. Связь между временем испытания и содержанием летучих веществ для партии образцов

Как видно из таблицы 1, содержание летучих веществ возрастает с увеличением времени нагрева в галогенном анализаторе влажности; следовательно, применение галогенного анализатора влажности для определения содержания летучих веществ в полидиметилсилоксане с концевыми гидроксильными группами в принципе возможно.

2.1.3 Определение времени испытания для метода галогенного анализатора влажности

55 партий образцов из п. 2.1.1 были испытаны на галогенном анализаторе влажности с фиксированием содержания летучих веществ в каждой временной точке и построением кривых.

На рисунке 1 приведена кривая зависимости времени испытания от массовой доли летучих веществ для партии с вязкостью 1500 мПа·с.

Рисунок 1. Зависимость времени испытания от массовой доли летучих веществ для партии 1500 мПа·с

На основании обоснованной относительной погрешности, определённой в п. 2.1.1, и средних значений метода сушильного шкафа по кривым был найден теоретический диапазон времени испытания на галогенном анализаторе влажности, в пределах которого содержание летучих веществ каждого образца остаётся в границах обоснованной погрешности.

Статистика показывает, что в теоретическом диапазоне времени испытания 5,5–7,5 мин у 50 партий образцов (90,91 % от общего числа) содержание летучих веществ находилось в пределах обоснованной погрешности; из них у 28 партий (56 % от 50) измеренные значения в теоретической точке 6,5 мин укладывались в обоснованную погрешность, ещё 10 партий были близки к точке 6,5 мин. Поэтому время испытания на галогенном анализаторе влажности было установлено равным 6,5 мин.

2.2 Проверка времени определения на галогенном анализаторе влажности

С использованием выведенного времени определения на галогенном анализаторе влажности была проведена проверка на 17 партиях образцов; результаты приведены в таблице 2.

Как видно из таблицы 2, относительная погрешность между содержанием летучих веществ в образцах, нагревавшихся 6,5 мин на галогенном анализаторе влажности, и содержанием летучих веществ в образцах, высушивавшихся 3 ч в электрическом термостатируемом сушильном шкафу с принудительной циркуляцией воздуха, составила менее 5 %.

Таблица 2. Связь между средними значениями, измеренными на электрическом термостатируемом сушильном шкафу с принудительной циркуляцией воздуха, и средними значениями, измеренными на галогенном анализаторе влажности при 6,5 мин

Примечание: 1) Отношение абсолютной разности между средним значением, измеренным на галогенном анализаторе влажности, и средним значением сушильного шкафа к среднему значению сушильного шкафа.

3. Заключение

Определение содержания летучих веществ в полидиметилсилоксане с концевыми гидроксильными группами традиционным методом сушильного шкафа требует много времени, тогда как галогенный анализатор влажности нагревает пробу встроенным галогенным сушильным блоком — быстро, равномерно и с высокой повторяемостью, а взвешивание и нагрев выполняются за один этап. Это значительно повышает эффективность испытаний, полностью отвечает потребностям производства и контроля качества и даёт относительную погрешность менее 5 % по сравнению с методом сушильного шкафа.

Литература

​