內(nèi)墻涂料中水分自動快速測定的研究

1、內(nèi)墻涂料中水分自動快速測定的研究項目完成單位：國家建筑材料測試中心項目完成人：趙敦忠 梅一飛 馬振珠摘 要 本文研究了內(nèi)墻涂料中水分自動快速測定的方法。該方法采用氣壓法，即根據(jù)水分和碳化鈣發(fā)生化學反應(yīng)產(chǎn)生乙炔氣體，通過測量乙炔氣體的壓力測定水分的含量的分析方法。所用儀器為智能水分分析儀。該方法分析原理新穎，儀器先進，操作方便，測定快速、準確，分析一個樣品僅需1015分鐘，使用范圍廣，國內(nèi)外無先例，為水分的自動快速測定開拓了一條新途徑。關(guān)鍵詞 內(nèi)墻涂料 水分 智能水分分析儀一 前言 隨著家居裝飾熱的升溫，室內(nèi)裝飾用涂料的越來越多。因此，不可避免的會造成室內(nèi)空氣質(zhì)量帶來一定程度的污染，人們越來越憂

2、慮涂料的衛(wèi)生安全問題。涂料產(chǎn)品中的揮發(fā)性有機化合物（VOC）是造成室內(nèi)空氣質(zhì)量的下降的主要原因,它可直接影響人們的身體健康。上個世紀80年代，美國、歐共體、日本等國都提出了涂料的衛(wèi)生規(guī)范。我國于2002年1月發(fā)布并實施了室內(nèi)裝飾裝修材料有害物質(zhì)限量標準。GB18582-2001室內(nèi)裝飾裝修材料 內(nèi)墻涂料中有害物質(zhì)限量國家標準是其中的一項。所謂揮發(fā)性有機化合物含量就是指涂料中總揮發(fā)物含量扣除水分后的揮發(fā)性有機化合物含量。為了測定內(nèi)墻涂料中的揮發(fā)性有機化合物（VOC）含量，必須首先測定出涂料中的水分含量。測定物料中的水分的通用方法是烘干重量法，即稱取一定的物料，在105110烘箱內(nèi)烘干，失去的質(zhì)量

3、分數(shù)為水分的含量。由于涂料含有有機化合物，在烘干過程中，水分和揮發(fā)性有機化合物同時被失去，因此，烘干重量法不適用。目前，涂料中水分的測定方法主要采用卡爾費休（Karl Fischer）法和氣相色譜法。這兩種分析方法存在測定手續(xù)煩瑣、測定周期長、使用試劑毒性大（如甲醇，吡啶等）、取樣量少（氣相色譜法的取樣量為微升級）、分析誤差大等缺點。目前還沒有適合測定涂料中水分的快速準確的分析方法。因此，它直接影響了貫徹實施室內(nèi)裝飾裝修材料 內(nèi)墻涂料中有害物質(zhì)限量國家標準。為了解決這一急需難題，本項目研究了一種新的水分測試方法。它是根據(jù)水分與碳化鈣發(fā)生化學反應(yīng)產(chǎn)生乙炔氣體，其氣體壓力與樣品中的水分含量成線性關(guān)

4、系，即符合理想氣體狀態(tài)方程：PV=nRT的原理，通過測量乙炔氣體壓力來測定水分的含量。該方法是在我們研制的智能水分分析儀基礎(chǔ)上開展研究工作的。通過對影響內(nèi)墻涂料中水分測定的各項因素進行條件試驗,主要解決內(nèi)墻涂料能夠均勻分散并與碳化鈣充分作用的問題，確定樣品中水分的測定的各項條件, 改進并完善水分分析儀器，建立分析方法。其測量方法，稱氣壓法。二智能水分分析儀的改進和完善為使智能水分分析儀更加適用于內(nèi)墻涂料中水分的測定，觀察數(shù)據(jù)和操作更加方便，外型美觀，儀器能夠商品化，對智能水分分析儀進行了改進和完善。包括：儀器的前面板由垂直型改變?yōu)榫哂幸欢ㄐ倍鹊拿姘?；鍵盤由按鍵式改變?yōu)楸∧ら_關(guān)式等。另外，對主控

5、板、壓力變送器、加料等也作了相應(yīng)改進。項目共完成了4臺智能水分分析儀的加工，組裝和調(diào)試。已經(jīng)銷售兩臺，本中心自用一臺。三儀器設(shè)備及材料3.1 IMA智能水分分析儀；3.2 玻璃燒杯: 150ml，105110烘干；3.3 攪拌棒: 105110烘干；3.4 碳化鈣 : 粒度 0.59mm（30目）；3.5 硅砂: 粒度2mm, 105110烘干,儲于干燥密閉的容器內(nèi)；3.6 碳化鈣與硅砂混合物: 碳化鈣: 硅砂=4:1。四測定條件和操作方法4.1 涂料中含水的形式 水性內(nèi)墻涂料是以水作為溶劑，其水分通常都以自由水基機械結(jié)合水的方式存在，這種水分是容易與碳化鈣發(fā)生作用的。4.2 樣品均勻分散及加

6、速化學反應(yīng)的措施 內(nèi)墻涂料是一種粘稠的液體物質(zhì)，它粘在一起不容易分散開，造成樣品中的水分與碳化鈣不能充分發(fā)生反應(yīng)，容易影響分析速度和分析結(jié)果。這也是測定涂料中水分與測定其它固體粉末樣品中水分不同的地方，是項目的難點之一。為此，本課題首先就這一問題作了研究。開始，選用醇類、酯類和油類等多種有機試劑作為分散劑，要求有機試劑既能使內(nèi)墻涂料均勻分散，又能使樣品中的水分與碳化鈣充分發(fā)生反應(yīng)，還要求有機試劑的揮發(fā)點要高，避免有機試劑的揮發(fā)帶來的影響。經(jīng)過試驗發(fā)現(xiàn)，有的有機試劑雖然能將涂料分散開，但對涂料形成了一層有機膜，阻擋了涂料中的水分與碳化鈣的進一步作用。有的有機試劑則在化學反應(yīng)過程中不斷揮發(fā)，所以效

7、果不佳。設(shè)想將烘干過的硅砂加入到測試的樣品中，讓硅砂起到對樣品的分散作用。由于硅砂與樣品粘接到一起，效果仍不理想。后來，采取把烘干過的硅砂與碳化鈣按一定的比例混合，在加碳化鈣的同時，硅砂也加到樣品中。由于在硅砂的表面事先有一層碳化鈣，硅砂能比較好的起到分散和加速反應(yīng)的作用，使問題達到解決。碳化鈣與硅砂的比例為4：1。4.3 稱樣量的確定 稱樣量的多少，主要看樣品中的含水量，另外要考慮反應(yīng)時限，以及反應(yīng)容器所承受的壓力等，樣品中的含水絕對量不要超過0.7g。根據(jù)大量的試驗確定稱樣量為0.20.3g為宜。4.4 反應(yīng)時限的確定本試驗采用兩種不同含水量的涂料樣品，在測試條件一致的情況下進行試驗，其實

8、驗結(jié)果如圖1所示。 66.5660H2O% 46.8840202 4 6 8 10 12 14 16 18 20時限(分鐘)圖 1 反應(yīng)時限試驗 由圖1所示,水和碳化鈣的反應(yīng)在開始階段是非常迅速的,后來逐漸變緩,通常在1015分鐘可以反應(yīng)完全,考慮到反應(yīng)后的氣壓平衡,以及大量實際樣品測定的經(jīng)驗, 反應(yīng)時限選定15分鐘。同時，我們還對膠粘劑樣品進行了試驗，其反應(yīng)時限為20分鐘。4.5 操作方法 按照上述試驗，確定了內(nèi)墻涂料中水分的測定條件和操作方法。“確認”鍵才有效。當輸入有誤時,可按“取消”鍵,然后重新輸入。輸入的數(shù)據(jù)保存在計算機中,開機過程無須重新輸入。4.5.4 準確稱取測試樣品0.20.

9、3克,準確至0.0001克(視樣品的含水量而定,樣品中絕對水量不要超過0.7克)于清洗并干燥過的璃燒杯中,放入攪拌磁子,將玻璃燒杯放到樣品反應(yīng)器中?！罢{(diào)零”鍵調(diào)零，在自動加料裝置的料勺中加入約3克碳化鈣, 打開“氣伐”,然后將樣品反應(yīng)器的上蓋蓋到樣品反應(yīng)罐上,用蝶型夾擰緊,關(guān)閉“氣伐”。；打開“加料”開關(guān)，按“測試”鍵，顯示器隨反應(yīng)情況顯示瞬時水分含量,當“時限”（一般為15 -20分鐘）到達后,顯示并打印分析結(jié)果?！皻忾y”，氣體通過廢氣處理系統(tǒng)排出，或直接用氣管排出室外。4.5.9 每次測試之后，都要用吸塵器和毛刷清掃反應(yīng)罐和上蓋。五. 精密度試驗 按照確定的測定條件和方法，對內(nèi)墻涂料樣品進

10、行了11次重復(fù)測定，其測定結(jié)果列于表1。表1 精密度試驗測定次數(shù)稱樣量(g)水分（）差值（）12345678910110.2120.2100.2320.2310.2420.2170.2530.2340.2160.2330.25334.0534.1533.8633.7933.9234.0033.6933.9733.7833.6834.000.140.240.050.120.010.090.220.060.130.230.09平均值 33.91% 標準偏差S 0.15%相對標準偏差C.V 0.45% 最大差值 0.24%由表1所列數(shù)據(jù)看出，分析的精度高，重現(xiàn)性好。六 回收實驗 對內(nèi)墻涂料和膠粘劑進

11、行了加標試驗，其回收率在99.37%-100.4%之間，結(jié)果見表2。表2 方法回收率試樣質(zhì)量(g) 0.235 0.310 0.253水分(%)(平均值) 45.82 45.82 45.82加入水質(zhì)量(g) 0.101 0.082 0.093混合樣質(zhì)量(g) 0.336 0.392 0.346理論水分(%) 62.11 57.15 57.49總水分 (%) 61.80 56.79 57.82回收率(%) 99.50 99.37 100.57七 樣品對照分析由于沒有內(nèi)墻涂料水分含量的標準樣品，所測結(jié)果不好直接比對，為此我們選用了大連神亞超級無機涂料有限公司生產(chǎn)的1000水性無機多功能內(nèi)墻涂料（固

12、體粉末），還購買了聚乙烯醇固體粉末膠粘劑，采取直接加入一定量的水使其混勻。由于聚乙烯醇固體粉末在常溫下不溶解，需要事先在接近100的情況下溶解一定量的聚乙烯醇固體粉末，移至容量瓶中，定容。然后，于智能水分分析儀上進行測定，依此作對照，結(jié)果見表3-3。表3 樣品對照分析結(jié)果試樣名稱 H2O% 理論含量 本方法 差值內(nèi)墻涂料 50.00 49.85 0.15膠粘劑 95.00 94.48 0.52由表3看出，本方法與重量配制法測定結(jié)果一致性很好，測定數(shù)據(jù)準確可靠。八 推廣應(yīng)用本項目研制的儀器和方法已經(jīng)用于實際樣品中的水分測定。國家建筑材料測試中心在完成裝飾裝修材料有害物質(zhì)限量十項強制性標準的檢測過

13、程中，完成幾千個涂料，膠粘劑等樣品中的水分測定，創(chuàng)效益近百萬元。廣州市建筑材料工業(yè)研究所、廣州市產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗所購置了該儀器，已在日常分析工作中發(fā)揮了很大作用，使用效果很好。另外，許多單位也來人來函聯(lián)系有關(guān)購買水分智能分析儀事宜。九 結(jié)論（1）氣壓法測定涂料中的方法原理新穎，應(yīng)用范圍廣,不僅可以測定涂料中的水分，而且可以測定膠粘劑及多種固體材料中的水分。操作簡便易行,只要將樣品放入儀器反應(yīng)罐中，按動鍵盤中的幾個鍵，就可實現(xiàn)測定。（2）分析精度高,涂料中的水分含量在30%-40%，分析精度0.2%。（3）分析速度快,分析一個樣品僅需要1015分鐘。（4）水分分析范圍寬，為0.2%100% 。（5）涂料