内墙涂料中水分自动快速测定的研究

1、内墙涂料中水分自动快速测定的研究项目完成单位：国家建筑材料测试中心项目完成人：赵敦忠 梅一飞 马振珠摘 要 本文研究了内墙涂料中水分自动快速测定的方法。该方法采用气压法，即根据水分和碳化钙发生化学反应产生乙炔气体，通过测量乙炔气体的压力测定水分的含量的分析方法。所用仪器为智能水分分析仪。该方法分析原理新颖，仪器先进，操作方便，测定快速、准确，分析一个样品仅需1015分钟，使用范围广，国内外无先例，为水分的自动快速测定开拓了一条新途径。关键词 内墙涂料 水分 智能水分分析仪一 前言 随着家居装饰热的升温，室内装饰用涂料的越来越多。因此，不可避免的会造成室内空气质量带来一定程度的污染，人们越来越忧

2、虑涂料的卫生安全问题。涂料产品中的挥发性有机化合物（VOC）是造成室内空气质量的下降的主要原因,它可直接影响人们的身体健康。上个世纪80年代，美国、欧共体、日本等国都提出了涂料的卫生规范。我国于2002年1月发布并实施了室内装饰装修材料有害物质限量标准。GB18582-2001室内装饰装修材料 内墙涂料中有害物质限量国家标准是其中的一项。所谓挥发性有机化合物含量就是指涂料中总挥发物含量扣除水分后的挥发性有机化合物含量。为了测定内墙涂料中的挥发性有机化合物（VOC）含量，必须首先测定出涂料中的水分含量。测定物料中的水分的通用方法是烘干重量法，即称取一定的物料，在105110烘箱内烘干，失去的质量

3、分数为水分的含量。由于涂料含有有机化合物，在烘干过程中，水分和挥发性有机化合物同时被失去，因此，烘干重量法不适用。目前，涂料中水分的测定方法主要采用卡尔费休（Karl Fischer）法和气相色谱法。这两种分析方法存在测定手续烦琐、测定周期长、使用试剂毒性大（如甲醇，吡啶等）、取样量少（气相色谱法的取样量为微升级）、分析误差大等缺点。目前还没有适合测定涂料中水分的快速准确的分析方法。因此，它直接影响了贯彻实施室内装饰装修材料 内墙涂料中有害物质限量国家标准。为了解决这一急需难题，本项目研究了一种新的水分测试方法。它是根据水分与碳化钙发生化学反应产生乙炔气体，其气体压力与样品中的水分含量成线性关

4、系，即符合理想气体状态方程：PV=nRT的原理，通过测量乙炔气体压力来测定水分的含量。该方法是在我们研制的智能水分分析仪基础上开展研究工作的。通过对影响内墙涂料中水分测定的各项因素进行条件试验,主要解决内墙涂料能够均匀分散并与碳化钙充分作用的问题，确定样品中水分的测定的各项条件, 改进并完善水分分析仪器，建立分析方法。其测量方法，称气压法。二智能水分分析仪的改进和完善为使智能水分分析仪更加适用于内墙涂料中水分的测定，观察数据和操作更加方便，外型美观，仪器能够商品化，对智能水分分析仪进行了改进和完善。包括：仪器的前面板由垂直型改变为具有一定斜度的面板；键盘由按键式改变为薄膜开关式等。另外，对主控

5、板、压力变送器、加料等也作了相应改进。项目共完成了4台智能水分分析仪的加工，组装和调试。已经销售两台，本中心自用一台。三仪器设备及材料3.1 IMA智能水分分析仪；3.2 玻璃烧杯: 150ml，105110烘干；3.3 搅拌棒: 105110烘干；3.4 碳化钙 : 粒度 0.59mm（30目）；3.5 硅砂: 粒度2mm, 105110烘干,储于干燥密闭的容器内；3.6 碳化钙与硅砂混合物: 碳化钙: 硅砂=4:1。四测定条件和操作方法4.1 涂料中含水的形式 水性内墙涂料是以水作为溶剂，其水分通常都以自由水基机械结合水的方式存在，这种水分是容易与碳化钙发生作用的。4.2 样品均匀分散及加

6、速化学反应的措施 内墙涂料是一种粘稠的液体物质，它粘在一起不容易分散开，造成样品中的水分与碳化钙不能充分发生反应，容易影响分析速度和分析结果。这也是测定涂料中水分与测定其它固体粉末样品中水分不同的地方，是项目的难点之一。为此，本课题首先就这一问题作了研究。开始，选用醇类、酯类和油类等多种有机试剂作为分散剂，要求有机试剂既能使内墙涂料均匀分散，又能使样品中的水分与碳化钙充分发生反应，还要求有机试剂的挥发点要高，避免有机试剂的挥发带来的影响。经过试验发现，有的有机试剂虽然能将涂料分散开，但对涂料形成了一层有机膜，阻挡了涂料中的水分与碳化钙的进一步作用。有的有机试剂则在化学反应过程中不断挥发，所以效

7、果不佳。设想将烘干过的硅砂加入到测试的样品中，让硅砂起到对样品的分散作用。由于硅砂与样品粘接到一起，效果仍不理想。后来，采取把烘干过的硅砂与碳化钙按一定的比例混合，在加碳化钙的同时，硅砂也加到样品中。由于在硅砂的表面事先有一层碳化钙，硅砂能比较好的起到分散和加速反应的作用，使问题达到解决。碳化钙与硅砂的比例为4：1。4.3 称样量的确定 称样量的多少，主要看样品中的含水量，另外要考虑反应时限，以及反应容器所承受的压力等，样品中的含水绝对量不要超过0.7g。根据大量的试验确定称样量为0.20.3g为宜。4.4 反应时限的确定本试验采用两种不同含水量的涂料样品，在测试条件一致的情况下进行试验，其实

8、验结果如图1所示。 66.5660H2O% 46.8840202 4 6 8 10 12 14 16 18 20时限(分钟)图 1 反应时限试验 由图1所示,水和碳化钙的反应在开始阶段是非常迅速的,后来逐渐变缓,通常在1015分钟可以反应完全,考虑到反应后的气压平衡,以及大量实际样品测定的经验, 反应时限选定15分钟。同时，我们还对胶粘剂样品进行了试验，其反应时限为20分钟。4.5 操作方法 按照上述试验，确定了内墙涂料中水分的测定条件和操作方法。4.5.1 提前30分钟打开智能水分分析仪的电源。4.5.2 测试之前,应先输入参数,包括日期、时间、K值、V值、时限、误差等,对每项输入,只有按“

9、确认”键才有效。当输入有误时,可按“取消”键,然后重新输入。输入的数据保存在计算机中,开机过程无须重新输入。4.5.3 每次测量时,需输入样品质量、样品编号和零点校正。4.5.4 准确称取测试样品0.20.3克,准确至0.0001克(视样品的含水量而定,样品中绝对水量不要超过0.7克)于清洗并干燥过的璃烧杯中,放入搅拌磁子,将玻璃烧杯放到样品反应器中。4.5.5 输入质量和编号，按“调零”键调零，在自动加料装置的料勺中加入约3克碳化钙, 打开“气伐”,然后将样品反应器的上盖盖到样品反应罐上,用蝶型夹拧紧,关闭“气伐”。4.5.6 开启电磁搅拌器约30；打开“加料”开关，按“测试”键，显示器随反

10、应情况显示瞬时水分含量,当“时限”（一般为15 -20分钟）到达后,显示并打印分析结果。4.5.7 打开“气阀”，气体通过废气处理系统排出，或直接用气管排出室外。4.5.8 旋松蝶型螺栓，打开样品反应罐，取出玻璃烧杯。4.5.9 每次测试之后，都要用吸尘器和毛刷清扫反应罐和上盖。4.5.10 当一天的测试结束后，清扫样品反应器，然后将样品反应器上盖盖到样品反应罐上，关闭电源。五. 精密度试验 按照确定的测定条件和方法，对内墙涂料样品进行了11次重复测定，其测定结果列于表1。表1 精密度试验测定次数称样量(g)水分（）差值（）12345678910110.2120.2100.2320.2310.

11、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% 标准偏差S 0.15%相对标准偏差C.V 0.45% 最大差值 0.24%由表1所列数据看出，分析的精度高，重现性好。六 回收实验 对内墙涂料和胶粘剂进行了加标试验，其回收率在99.37%-100.4%之间，结果见表2。表2 方法回收率试样质量(g) 0.235 0.310 0.253水分(%)(平均值) 45.

12、82 45.82 45.82加入水质量(g) 0.101 0.082 0.093混合样质量(g) 0.336 0.392 0.346理论水分(%) 62.11 57.15 57.49总水分 (%) 61.80 56.79 57.82回收率(%) 99.50 99.37 100.57七 样品对照分析由于没有内墙涂料水分含量的标准样品，所测结果不好直接比对，为此我们选用了大连神亚超级无机涂料有限公司生产的1000水性无机多功能内墙涂料（固体粉末），还购买了聚乙烯醇固体粉末胶粘剂，采取直接加入一定量的水使其混匀。由于聚乙烯醇固体粉末在常温下不溶解，需要事先在接近100的情况下溶解一定量的聚乙烯醇固体

13、粉末，移至容量瓶中，定容。然后，于智能水分分析仪上进行测定，依此作对照，结果见表3-3。表3 样品对照分析结果试样名称 H2O% 理论含量 本方法 差值内墙涂料 50.00 49.85 0.15胶粘剂 95.00 94.48 0.52由表3看出，本方法与重量配制法测定结果一致性很好，测定数据准确可靠。八 推广应用本项目研制的仪器和方法已经用于实际样品中的水分测定。国家建筑材料测试中心在完成装饰装修材料有害物质限量十项强制性标准的检测过程中，完成几千个涂料，胶粘剂等样品中的水分测定，创效益近百万元。广州市建筑材料工业研究所、广州市产品质量监督检验所购置了该仪器，已在日常分析工作中发挥了很大作用，使用效果很好。另外，许多单位也来人来函联系有关购买水分智能分析仪事宜。九 结论（1）气压法测定涂料中的方法原理新颖，应用范围广,不仅可以测定涂料中的水分，而且可以测定胶粘剂及多种固体材料中的水分。操作简便易行,只要将样品放入仪器反应罐中，按动键盘中的几个键，就可实现测定。（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,分析一个样品仅需要1015分钟。（4）水分分析范围宽，为0.2%100%