《改性无机粉体材料 接枝率测定 热重法》编制说明

改性无机粉体材料接枝率的测定热重法

团体标准编制说明

一、编制标准的目的和意义

无机粉体材料广泛应用于涂料、塑料、橡胶、高分子复合材料、

防晒化妆品等领域，常被用作橡胶、树脂等有机材料的改性填料，作

为化妆品的无机粉体原料。但无机粉体材料，尤其是纳米粉体材料，

易于团聚，与塑料、橡胶等有机体系的相容性差，难以均匀分散在有

机基体中，直接或过多的添加容易导致材料的性能下降等缺点。采用

表面改性以改善和提高粉体在有机体系中的相容性和分散性，这是目

前无机粉体材料，尤其是纳米材料制造技术中的一大热点。偶联剂是

目前应用最广泛的表面改性剂，其中硅烷偶联剂最具有代表性。

接枝率是无机改性材料表征中最重要的质控指标之一，可以为下

游产品中的溶剂相容性提供理论依据。只有适用的测试方法才能保证

数据一致性，减少测试偏差带来的不必要的经济损失。本文件规定了

一种使用热重法，即通过热重仪或同步热分析仪在高温环境下使用失

重百分比计算无机材料上接枝有机物含量的方法，该方法适用于在高

温下不发生质量变化的无机粉体材料。本方法准确、稳定、便于操作，

可以确保测试方法的可追溯性和测量数据的准确性，可以表征但不限

于硅烷偶联剂作为改性剂的接枝率。该方法适用于无机粉体材料（如

非金属氧化物）接枝率的测试，可满足无机非金属氧化物粉体材料改

性的研究、生产与应用的测试需求。

共有5家单位参与了本次比对，主要目的是验证建立接枝率测试

方法的一致可靠性。

二、工作简况

1.主要参加单位和工作组成员等

本文件由迈谱新材料技术（山东）有限公司主导并组织山东国瓷

功能材料股份有限公司联合起草。

主要成员：朱恒、张艳、蒋彰、窦玲

2.工作过程

2023年1月，标准起草工作组组建，工作组包括具有标准制定

经验的科研人员、分析技术人员。标准起草工作组讨论了具体的工作

过程、拟定了相应的工作计划。经过讨论，标准的名称为《改性无机

粉体材料接枝率的测定热重法》，本文件的制定是为了规范无机粉

体材料表面改性中接枝率的评价方法，获得准确的接枝率信息，包括

测试的样品制备、样品前处理和检测设备、测试流程以及结果分析，

对于无机粉体表面改性接枝率测试技术的标准化具有积极的意义。本

标准的具体工作计划如下：

2023年4月至5月，工作组开始标准草案和编制说明的起草。

2023年6月，组织立项审查，山东省新材料产业协会批准立项，

立项号LXSDAMA0006-2023。

2023年7月至12月，工作组设计比对方案，组织实验室间比对，

完成编制说明。

2024年1月，完成征求意见并召开终审会，形成标准报批稿。

2024年2月，委员会投票，上报标委会，标准发布。

三、标准编制原则

标准中相应的部分依据的标准编号依据的标准名称

《准化工作导则第1部分：标准化文件的结

标准的结构GB/T1.1-2020

构和起草规则》

仪器方法JY/T0589.4《热分析方法通则》

标准的术语GB/T6425《热分析术语》

本文件制定的原则是保持标准的科学性和适用性，测试方法及测

试适用性达到国内先进标准水平。

四、确定标准主要内容的论据

1.标准主要内容确定依据

本文件规定了测定接枝率的测量原理、测试条件、仪器设备和试

剂材料、样品前处理、试验准备、测试步骤、结果计算方法、不确定

度来源分析等。因适用于硅烷偶联剂或相似表面活性剂改性无机粉体

材料接枝率的测量，所以规定的分析温度范围覆盖有机改性剂的分解

温度，从而测定因其分解产生的失重。因为要准确测定接枝到材料上

的有机物的质量百分比，所以详细说明了所用的清洗剂、样品清洗方

法和判断清洗程度的方法。热重法与所用仪器、测试条件和方法有关，

所以规定了测试仪器要求、仪器校准方法、测试条件，接枝率结果计

算方法。

标准编制组收集了大量国内外相关资料，查询了国内外相关法律

法规和标准方法，结合大量的试验验证，优化了样品前处理方法及热

重法对无机非金属氧化物粉体材料接枝率的测试条件，为本方法的确

定打下了坚实的基础。

2.主要技术路线

待测样品前处理→按照测试条件设定参数并进行测试→按照比

对方案进行比对→比对结果分析。

3.比对方案

3.1比对样品前处理

称量样品→样品与清洗剂混合→清洗→离心分离→判断清洗完

全→烘干→研磨。

比对样品分别为：硅烷偶联剂改性氧化锆（7个样品）、硬脂酸

改性氧化钛（5个样品）。

3.2样品前处理

3.2.1待测样品前处理：将向离心管或西林瓶中加入氧化锆浆料

样品和清洗剂，制成悬浊液，其中浆料和清洗剂的体积比为浆料:清

洗剂=1:(1～2)，清洗次数为（10～15）次；粉体样品的处理：粉体和

清洗剂的质量比例为粉体:清洗剂=1:(10～15)，清洗次数为（5～10）

次；再以转速为(60～100)r/min，顺着一个方向旋转摇晃离心管或西

林瓶，清洗待测样品至少3min；等待悬浊液静置分层，若溶液长时

间保持乳化状态则需使用离心机离心沉降，设定离心条件为4500

r/min离心(5～15)min，至完全分层；取分层后上清液1mL，使用红

外光谱ATR附件在不抽真空的环境下进行检测(背景为分析纯清洗

剂)，若其中不含有改性剂的特征基团，则认为清洗完成；使用红外

灯照射清洗完毕的样品，保持样品温度为(45±5)℃，持续(3～4)h，

至样品完全干燥，再用玛瑙研钵研磨烘干后的样品至无明显颗粒感，

得到待测样品，并置于干燥皿中备用。

3.2.2空白样品前处理：按照待测样品前处理方法处理改性前样

品，得到空白样品。

3.3仪器校准

3.3.1热重仪器需进行质量示值重复性校准（按照JJG1135-2017

的规定进行校准）：分别取1mg、10mg、20mg砝码进行校准，1mg、

10mg、20mg砝码的示值重复性的绝对值分别不能超过0.005mg、

0.014mg、0.024mg。

3.3.2热重仪器需进行质量示值误差校准（按照JJG1135-2017

的规定进行校准）：分别取1mg、10mg、20mg砝码进行校准，1mg、

10mg、20mg砝码的示值误差的绝对值分别不能超过0.021mg、0.030

mg、0.040mg。

3.4样品测试

3.4.1按照参考测试参数设置测试条件。

3.4.2接枝率的测量

用热重仪或同步热分析仪上的天平或已校准的外置天平分别称

取(10±2)mg的待测样品和空白样品，按照仪器使用说明进行操作。

平行测试两次，结果取平均值。

3.5数据处理

分别对空白样品和待测样品的热重曲线作微商热重曲线（并平滑

8次），定义起点失重温度T0，选取800℃作为失重终点温度，使用

仪器软件计算空白样品质量变化值W0、待测样品质量变化值W1，根

据质量变化即可求得接枝率。

接枝率%………………（1）

W1−W0

式中：=100%−W0×100

——空白样品（改性前）T0～800℃的热失重值，单位为%；

0

W——待测样品（改性后）T0～800℃的热失重值，单位为%。

3W.61重复性和再现性测试过程

选取目前被研究较多的改性剂和改性材料，硅烷偶联剂改性氧化

锆（3个样品）和硬脂酸改性氧化钛（6个样品），按照标准进行测

试，每个样品平行测试2次，取2次结果的算术平均值为最终结果。

表1硅烷偶联剂改性氧化锆（样品1）接枝率重复性和再现性试验结果

接枝率

改性后改性前平均接重复性相接枝率再现性相

(改性后-改

No.热失重热失重枝率对偏差平均值对偏差

性前)

%%%%%%

%

110.839.011.82

1.782%-1%

210.598.851.74

311.099.251.84

1.861%1.803%

410.969.091.87

511.009.231.77

1.761%-2%

610.658.901.75

表2硅烷偶联剂改性氧化锆（样品2）接枝率重复性和再现性试验结果

接枝率

改性后改性前平均接重复性相接枝率再现性相

(改性后-改

No.热失重热失重枝率对偏差平均值对偏差

性前)

%%%%%%

%

110.868.941.92

1.983%0%

210.898.852.041.97

310.458.471.981.961%-1%

410.688.741.94

511.049.012.03

1.983%0%

610.868.941.92

表3硅烷偶联剂改性氧化锆（样品3）接枝率重复性试验结果

接枝率

改性后热失重改性前热失重平均接枝率相对偏差

No.(改性后-改性前)

%%%%

%

111.269.601.66

1.660%

210.799.121.67

表4硬脂酸改性氧化钛（样品1）接枝率重复性试验结果

接枝率

改性后热失重改性前热失重平均接枝率相对偏差

No.(改性后-改性前)

%%%%

%

110.768.622.14

2.203%

210.658.402.25

表5硬脂酸改性氧化钛梯度接枝率试验结果

接枝率

改性后热失重改性前热失重

No.(改性后-改性前)

%%

%

样品29.979.330.64

样品39.568.261.30

样品49.688.111.57

样品510.146.114.03

样品68.733.625.11

重复性和再现性结果评价：硅烷偶联剂改性氧化锆接枝率重复性

和再现性相对偏差均在±3%以内，在±4%以内均可接受；硬脂酸改

性氧化钛重复性相对偏差在±3%以内，在±4%以内均可接受；以硬

脂酸改性氧化钛接枝率梯度样品为例来说明此标准在较宽的范围内

均适用。

3.7比对测试过程

将硅烷偶联剂改性氧化锆待测样品按照标准进行测试，每个样品

平行测试2次，取2次结果的算术平均值为最终结果。

4.实验室间比对

比对参加单位对硅烷偶联剂改性氧化锆待测样品的实验结果如

表6所示。

表6硅烷偶联剂改性氧化锆接枝率实验室间比对试验结果

接枝率

改性后改性前热接枝率

(改性后-改标准偏差相对偏差

No.热失重失重平均值

性前)%%

%%%

%

实验室110.269.201.06-10%

实验室210.799.671.12-5%

实验室310.859.661.191%