增材制造线材热熔产生的醛酮类取样装置的制作方法

技术领域：

本实用新型属于增材制造用塑料线材热熔产生的醛酮类物质检测技术领域，特别涉及增材制造线材热熔产生的醛酮类取样装置。

背景技术：
：

塑料作为增材制造原料已普遍应用于消费品、医疗、教育等领域，但塑料线材在热熔过程中会有挥发性有机物和醛酮类物质产生，同时材料本身裂解也会产生各类有机挥发物化合物和醛酮类物质，这均会对环境及使用者造成影响。

另外，增材制造塑料线材均需要加入一定量抗氧化剂和热稳定剂来增加材料的热稳定性能，用以减少材料在热熔过程中性质变化和材料裂解，而目前部分产品仅用常温使用塑料来替代，由此产生的挥发物可能会被吸入并渗入使用者体内，影响健康，同时在没有良好通风的环境中，会显著降低室内空气质量。当前国内外对此并未形成有效的测定方法，标准ul2904给出了桌面级3d打印机中颗粒物和挥发性有机物测试的标准方法，但该方法存在测试周期长，测试成本高，测试误差大等问题。

本实用新型给出了增材制造线材热熔产生的醛酮类取样装置及其测定方法，有助于预测和控制零件在成形过程中产生的各种醛酮类质，提高产品安全性能，为国内增材制造行业生产者及消费者提供指导。

公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本实用新型的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

技术实现要素：
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本实用新型的目的在于提供增材制造线材热熔产生的醛酮类取样装置，从而克服上述现有技术中的缺陷。

为实现上述目的，本实用新型提供了增材制造线材热熔产生的醛酮类取样装置，其特征在于：包括依次连接的过滤装置、热熔装置、吸附装置和采样泵，所述热熔装置内部为中空结构，所述热熔装置设置有线材插孔，所述线材插孔连通外界和中空结构，所述吸附装置包括除臭氧柱和dnph衍生柱，所述除臭氧柱与热熔装置连接，dnph衍生柱与采样泵连接。

所述过滤装置过滤空气中的醛酮类物质。

所述dnph衍生柱的填料每管大于或等于350mg。

所述除臭氧柱每柱填料大于1.0g。

增材制造线材热熔产生的醛酮类测定方法，其特征在于：包括以下步骤：

1)取样装置按照过滤装置、热熔装置、除臭氧柱、dnph衍生柱和采样泵的顺序连接，线材插孔内插入线材，开启采样泵排掉取样装置内残留的酮类物质；

2)关闭采样泵，拆下除臭氧柱、dnph衍生柱，换上新的除臭氧柱、dnph衍生柱，取样装置按照过滤装置、热熔装置、除臭氧柱、dnph衍生柱和采样泵的顺序连接；

3)开启采样泵，以0.2l/min-1.0l/min流量采集装置内气体，同时开启热熔装置以55-65mm/min速度在线材明示的工作温度下热熔塑料线材10-20min；

4)关闭热熔装置，继续以0.2l/min-1.0l/min流量采集装置内气体5-15min；

5)关闭采样泵，取下dnph衍生柱，用色谱纯乙腈：水反按4:1向洗脱dnph衍生柱，将洗脱液收集于容量瓶中，再用色谱纯乙腈定容混合均匀；

6)取适量洗脱液用0.45μm滤膜过滤后装进样瓶，盖好瓶盖备用；

7)取进样瓶中的样品采用高效液相色谱分析仪分析各组分衍生物的峰面积；

8)取进样瓶中的样品用乙腈：水按8:2将样品稀释至0.20μg/ml、0.50μg/ml、1.0μg/ml、1.5μg/ml、2.0μg/ml后采用高效液相色谱仪分析各组的分峰面积和浓度并建立工作曲线；

9)取出热熔后的塑料线材试样称重；

10)按照以下公式计算塑料线材热熔产生的醛酮类物质总量：

各组分的量按式(1)计算：

ci＝(s-s0)×a+b……………………………………(1)

式中：

ci—各组分的量，单位为微克每毫升(μg/ml)；

s—各组分的峰面积；

s0—各组分的空白管测出的峰面积；

a—工作曲线的斜率；

b—工作曲线的截距；

塑料线材热熔产生醛酮类物质总量按式(2)计算：

式中：

c—塑料线材热熔产生醛酮类物质的量，单位为毫克每千克(mg/kg)；

∑ci—各组分醛酮类物质的总和，单位为微克(μg/ml)；

v—试样定容体积，单位为毫升(ml)；

m—经热熔后的塑料线材质量，单位为克(g)。

其中，所述步骤1)采样泵以0.8-1.2l/min流量运行8-15min排掉取样装置内残留的醛酮类物质。

所述步骤2)除臭氧柱的填充物为ki，填充量大于1.0g。

所述步骤5)的采用的水为一级水，且经过0.45μm的有机滤膜抽滤。

所述醛酮类物质指甲醛、乙醛、丙酮、丙烯醛、丙醛、丁烯醛、丁酮、丁醛、甲基丙烯醛、苯甲醛、戊醛、甲基苯甲醛、环己酮、己醛。

与现有技术相比，本实用新型的一个方面具有如下有益效果：

(1)本实用新型的取样装置设置有热熔装置，线材热熔产生的气体在一个密闭的空间内便于取样，也避免线材热熔产生的气体受到其他环境的影响，有助于提高测定的准确性；

(2)取样装置设置有过滤装置，过滤装置可以过滤掉空气中的醛酮类物质，避免空气中醛酮物质与线材热熔产生的气体混合，进而影响测定的准确性；

(3)dnph衍生柱在取样测定前充分排出装置内残余的醛酮类物质，可以提高采样的准确性；

(4)本实用新型的测定方法结合取样装置可以保证采样时对采样装置内的气体采样更彻底，从而保证取样装置可多次重复使用；且本实用新型对醛酮类物质各组分的限测线更低，可测定较低浓度的醛酮类物质；多次重复测试也表明本实用新型测定稳定性更佳，可广泛应用于增材制造用塑料线材热熔产生的醛酮类物质。

附图说明：

图1为本实用新型的增材制造线材热熔产生的醛酮类取样装置示意图；

图2为本实用新型的过滤性能检测结果示意图；

图3为本实用新型的取样装置气体残留性能测试结果示意图；

图4为本实用新型的各组分检测限性能测试结果示意图；

图5为本实用新型的实施例1、实施例2醛酮类物质测定结果示意图；

附图说明：1-过滤装置、2-热熔装置、21-线材插孔、3-吸附装置、31-除臭氧柱、32-dnph衍生柱、4-采样泵。

具体实施方式：

下面对本实用新型的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本实用新型的保护范围并不受具体实施方式的限制。

除非另有其它明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除其它元件或其它组成部分。

如图1所示，增材制造线材热熔产生的醛酮类取样装置，包括依次连接的过滤装置1、热熔装置2、吸附装置3和采样泵4，所述热熔装置2内部为中空结构，所述热熔装置2设置有线材插孔21，所述线材插孔21连通外界和中空结构，所述吸附装置3包括除臭氧柱31和dnph衍生柱32，所述除臭氧柱31与热熔装置2连接，dnph衍生柱32与采样泵4连接。

所述过滤装置1过滤空气中的醛酮类物质。

所述dnph衍生柱32的填料每管大于或等于350mg。

所述除臭氧柱31每柱填料大于1.0g。

增材制造线材热熔产生的醛酮类测定方法，其特征在于：包括以下步骤：

1)取样装置按照过滤装置1、热熔装置2、除臭氧柱31、dnph衍生柱32和采样泵4的顺序连接，线材插孔21内插入线材，开启采样泵4排掉取样装置内残留的酮类物质；

2)关闭采样泵4，拆下除臭氧柱31、dnph衍生柱32，换上新的除臭氧柱31和dnph衍生柱32，取样装置按照过滤装置1、热熔装置2、除臭氧柱31、dnph衍生柱32和采样泵4的顺序连接；

3)开启采样泵4，以0.2l/min-1.0l/min流量采集装置内气体，同时开启热熔装置2以55-65mm/min速度在线材明示的工作温度下热熔塑料线材10-20min；

4)关闭热熔装置2，继续以0.2l/min-1.0l/min流量采集装置内气体5-15min；

5)关闭采样泵4，取下dnph衍生柱32，用色谱纯乙腈：水反按4:1向洗脱dnph衍生柱32，将洗脱液收集于容量瓶中，再用色谱纯乙腈定容混合均匀；

6)取适量洗脱液用0.45μm滤膜过滤后装进样瓶，盖好瓶盖备用；

7)取进样瓶中的样品采用高效液相色谱分析仪分析各组分衍生物的峰面积；

8)取进样瓶中的样品用乙腈：水按8:2将样品稀释至0.20μg/ml、0.50μg/ml、1.0μg/ml、1.5μg/ml、2.0μg/ml后采用高效液相色谱仪分析各组的分峰面积和浓度并建立工作曲线；

9)取出热熔后的塑料线材试样称重；

10)按照以下公式计算塑料线材热熔产生的醛酮类物质总量：

各组分的量按式(1)计算：

ci＝(s-s0)×a+b……………………………………(1)

式中：

ci—各组分的量，单位为微克每毫升(μg/ml)；

s—各组分的峰面积；

s0—各组分的空白管测出的峰面积；

a—工作曲线的斜率；

b—工作曲线的截距；

塑料线材热熔产生醛酮类物质总量按式(2)计算：

式中：

c—塑料线材热熔产生醛酮类物质的量，单位为毫克每千克(mg/kg)；

∑ci—各组分醛酮类物质的总和，单位为微克(μg/ml)；

v—试样定容体积，单位为毫升(ml)；

m—经热熔后的塑料线材质量，单位为克(g)。

其中，所述步骤1)采样泵以0.8-1.2l/min流量运行8-15min排掉取样装置内残留的醛酮类物质。

所述步骤2)除臭氧柱的填充物为ki，填充量大于1.0g。

所述步骤5)的采用的水为一级水，且经过0.45μm的有机滤膜抽滤。

所述醛酮类物质指甲醛、乙醛、丙酮、丙烯醛、丙醛、丁烯醛、丁酮、丁醛、甲基丙烯醛、苯甲醛、戊醛、甲基苯甲醛、环己酮、己醛。

在具体测定前，对本实用新型的取样装置进行过滤性能、气体残留性能及限测性能进行预先检测，具体如下：

过滤性能检测：按照上述增材制造线材热熔产生的醛酮类测定方法，不同的是其中取样装置按照过滤装置1、热熔装置2、除臭氧柱31、dnph衍生柱32和采样泵4的顺序连接，线材插孔21内插入线材，开启采样泵4排掉取样装置内残留的醛酮类物质；在热熔装置2不开启的状态下采样泵继续抽取装置内的气体待按照上述方式进行测定，此外抽取外界空气中的气体进行测定，各组分的含量如图2所示。该实验证明本实用新型的取样装置设置的过滤装置1可以有效过滤掉空气中的醛酮类物质。

气体残留性能测试：同样按照增材制造线材热熔产生的醛酮类测定方法进行测定，隔20min后再次按照上述方法进行抽样测定，测定结果图3所示。该实验证明采用上述方法进行抽样取样，取样装置内残留醛酮类物质几乎为零。这说明采用本试验装置可将塑料线材热熔产生的挥发性物质完全取出

检测限测试：同样按照增材制造线材热熔产生的醛酮类测定方法的步骤1)-6)采集样品洗脱液，此外再购买一些醛酮类单组分物质配制标准物质，采用高效液相色分析仪分析各组分的响应峰高平均值并建立曲线，依据公式(3)计算出各组分最小检出浓度：

式中：

cmin—单组分的最小检出浓度，mg/m³；

n—仪器基线噪声，au；

c—单组分标准物质浓度，μg/ml；

v—样品洗脱液体积，ml；

—单组分标准物质仪器相应峰高的平均值，au；

v—标况下的采样体积，l。

各组分的最小检测结果如图4所示，此结果表明采用本实用新型的采样装置及测定方法可测定出含量极低的醛酮类物质。

经过上述测定后进行正式检测，举以下具体实施例进行说明：

实施例1：

以聚乳酸(pla)为例，pla线材插入到本实用新型的采样装置的线材插孔21内并采用本实用新型的样品测定方法进行测定，其中具体的步骤1)采样泵4按照1.0l/min流量运行10min排出装置内残留的醛酮类物质；步骤3)以0.5l/min流量采集装置内的气体，同时热熔装置以60mm/min速度(指线材从外界往线材插孔21内延伸的速度)在220度的工作温度下热熔pla线材20min；步骤4)熔融装置关闭，采样泵继续0.5l/min流量采集装置内的气体10min；步骤6)取1.5ml洗脱液用0.45μm滤膜过滤。重复6次实验，测定结果如图5所示。

实施例2：

以聚己内酯(pcl)为例，pcl线材插入到本实用新型的采样装置的线材插孔21内并采用本实用新型的样品测定方法进行测定，其中具体的步骤1)采样泵4按照1.5l/min流量运行10min排出装置内残留的醛酮类物质；步骤3)以0.8l/min流量采集装置内的气体，同时热熔装置以55mm/min速度(指线材从外界往线材插孔21内延伸的速度)在60度的工作温度下热熔pcl线材20min；步骤4)熔融装置关闭，采样泵继续0.8l/min流量采集装置内的气体10min；步骤6)取1.5ml洗脱液用0.45μm滤膜过滤。重复6次实验，测定结果如图5所示。

从图5的测试结果看，采用本实用新型的取样装置并结合本实用新型的测定方法多次测定醛酮类物质的含量较稳定，可重复性强。

本实用新型的取样装置设置有热熔装置，线材热熔产生的气体在一个密闭的空间内便于取样，也避免线材热熔产生的气体受到其他环境的影响，有助于提高测定的准确性；取样装置设置有过滤装置，过滤装置可以过滤掉空气中的醛酮类物质，避免空气中醛酮物质与线材热熔产生的气体混合，进而影响测定的准确性；dnph衍生柱在取样测定前可以充分排出装置内残余的醛酮类物质，提高采样的准确性；本实用新型的测定方法结合取样装置可以保证采样时对采样装置内的气体采样更彻底，从而保证取样装置可多次重复使用；且本实用新型对醛酮类物质各组分的限测线更低，可测定较低浓度的醛酮类物质；多次重复测试也表明本实用新型测定稳定性更佳，可广泛应用于增材制造用塑料线材热熔产生的醛酮类物质。

前述对本实用新型的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本实用新型限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本实用新型的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本实用新型的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本实用新型的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。