樊小奔 陳炳耀 姚榮茂 龐文武 羅國(guó)濤
摘 要:本文介紹了使用乙酸酐作為乙?;噭┰诔叵路治龃妓針?shù)脂中羥基的含量。討論了樣品中水分含量、稱(chēng)樣量、反應(yīng)溫度的控制、滴定速度等測(cè)定時(shí)各操作條件對(duì)測(cè)定結(jié)果的影響。如果依照所設(shè)定的條件進(jìn)行分析實(shí)驗(yàn),此分析方法快速準(zhǔn)確,適合企業(yè)在實(shí)際生產(chǎn)中的快速分析測(cè)定需求。
關(guān)鍵詞:乙酸酐;乙?;?;分析;醇酸樹(shù)脂;羥值
DOI:10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.11.017
0 引言
在聚氨酯漆的制備過(guò)程中,其主要成膜物聚酯多元醇是主漆各組分當(dāng)中最重要的化學(xué)物質(zhì),直接影響噴涂之后漆膜表面的物化性能和外觀表現(xiàn)狀態(tài)。例如在制備聚氨酯漆時(shí)所用到的合成醇酸樹(shù)脂,也屬于聚酯多元醇的一類(lèi)高分子化學(xué)材料。制備醇酸樹(shù)脂的原材料有多元醇丙三醇、二元酸鄰苯二甲酸或其酸酐、合成脂肪酸或苯甲酸等大宗化工原料,經(jīng)過(guò)直接合成法或者醇解法工藝制備的醇酸樹(shù)脂中,其羥基的含量是后續(xù)制備聚氨酯漆的直接依據(jù)指標(biāo)。只有準(zhǔn)確地知道醇酸樹(shù)脂中的羥基含量才能合理的利用其設(shè)計(jì)涂料配方,以及其他化學(xué)組分含量的合理搭配,即只有精確分析醇酸樹(shù)脂中羥基的含量才能達(dá)到在生產(chǎn)聚氨酯漆時(shí)對(duì)羥基基團(tuán)指標(biāo)的要求,避免制漆過(guò)程中對(duì)樹(shù)脂的浪費(fèi)與錯(cuò)誤使用。此外,由于羥基屬于電負(fù)性比較大的官能團(tuán),其親水性疏油性,與異氰酸酯基反應(yīng)固化后大大提高了漆膜的硬度與耐化學(xué)性,但是羥基含量過(guò)多會(huì)使漆膜由硬變脆,機(jī)械性能以及耐沖擊性大大降低,影響涂膜保護(hù)能力和視覺(jué)效果。再者,在高聚物醇酸樹(shù)脂的制備過(guò)程中,羥值大小的測(cè)定既是監(jiān)控各原材料分子間進(jìn)行縮聚反應(yīng)時(shí)聚合度的方法,又是驗(yàn)證產(chǎn)品質(zhì)量是否達(dá)標(biāo)的必要條件。因而,選擇一種分析條件簡(jiǎn)便、快速、準(zhǔn)確、適應(yīng)生產(chǎn)效率的分析手法尤為重要。此處選擇了一種化學(xué)反應(yīng)活性溫和適中的乙酸酐作為?;噭?,并且介紹了在常溫下進(jìn)行?;瘜?shí)驗(yàn)測(cè)定羥基含量的具體步驟。
1 實(shí)驗(yàn)部分
1.1 主要儀器與分析試劑
低溫恒溫水浴槽;棕色具塞細(xì)口瓶;棕色具塞細(xì)口瓶;堿式滴定管;吸量管1支;量筒2支;移液管2支;量筒1支;量筒1支;精密電子秤(最大量程,分度值)。
乙酸酐(A.R.);醋酸乙酯(A.R.);高氯酸(G.R..HClO4純度70%-72%);吡啶(A.R.);氫氧化鉀(A.R.)標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液,溶劑為分析級(jí)無(wú)水乙醇;二次蒸餾水;酚酞堿性指示劑,溶劑為分析級(jí)無(wú)水乙醇;二次蒸餾水。
1.2 乙?;噭┑呐渲?/p>
取乙酸乙酯試劑,質(zhì)量分?jǐn)?shù)為的高氯酸試劑置于清潔并且干燥過(guò)的的棕色細(xì)口瓶中;再用移液管準(zhǔn)確量取并加入乙酸酐試劑,在冰水浴中冷卻;再加入的乙酸酐試劑,輕輕搖勻即配制成酰化試劑,放入的冰箱內(nèi)保存,可保存1個(gè)月左右。若下次使用時(shí),注意觀察分析試劑顏色,配制好的試劑正常外觀狀態(tài)為無(wú)色透明,若試劑出現(xiàn)淺棕色,表明試劑已經(jīng)部分失效,不能使用,否則會(huì)影響分析結(jié)果,需重新配制。
吡啶水溶液的配制方法:用量筒取的吡啶試劑溶于的二次蒸餾水中,即配制成水解用試劑,放于棕色具塞細(xì)口瓶中備用。
1.3 分析檢測(cè)原理
此實(shí)驗(yàn)的分析思路為反滴定法,在乙酸乙酯作為環(huán)境溶劑的液系里,高氯酸作為催化劑,乙酸酐與合成醇酸樹(shù)脂大分子鏈上的羥基發(fā)生?;磻?yīng),由于高氯酸的催化作用,在酰化反應(yīng)之后再次進(jìn)行酯化反應(yīng),反應(yīng)進(jìn)行的更徹底。過(guò)量的乙酸酐在吡啶水溶液的作用下會(huì)生成乙酸吡啶弱酸弱堿鹽,再用的標(biāo)準(zhǔn)氫氧化鉀溶液滴定,從而計(jì)算出羥基含量。其化學(xué)反應(yīng)歷程如下:
1.4 分析操作步驟
首先取待分析的合成醇酸樹(shù)脂于滴定瓶中;加入的乙酸乙酯試劑初步溶解,再用量程為的吸量管準(zhǔn)確量取的配制好的乙?;噭┘尤氲味ㄆ恐?,在的恒溫水浴槽中輕微搖晃進(jìn)行徹底的酰化反應(yīng);待反應(yīng)完全后,用量筒加入的二次蒸餾水,再加入配制好的吡啶水溶液水解過(guò)量的?;噭?,靜置;加入滴酚酞試劑,最后將的標(biāo)準(zhǔn)氫氧化鉀滴定液裝入的堿式滴定管中,排干凈管內(nèi)氣泡,將滴定瓶?jī)?nèi)液系滴定至淺粉色且內(nèi)不褪色即到達(dá)滴定終點(diǎn);重復(fù)上述步驟,再做2組平行實(shí)驗(yàn),對(duì)滴定結(jié)果進(jìn)行數(shù)據(jù)處理;同時(shí)做空白實(shí)驗(yàn)。
2 分析結(jié)果與討論
2.1 樹(shù)脂中羥基含量的定義及表達(dá)形式
羥基的含量在涂料工業(yè)中通常用羥值一詞來(lái)表述,其定義是:?jiǎn)挝毁|(zhì)量的醇酸樹(shù)脂中含有的羥基數(shù)所相當(dāng)?shù)臍溲趸浀暮量藬?shù),以表示。由上述反應(yīng)歷程可知,對(duì)于計(jì)算公式來(lái)講,的氫氧化鉀即對(duì)應(yīng)的羥基含量。
2.2 羥值的表示形式
上式中:為空白實(shí)驗(yàn)中消耗的的標(biāo)準(zhǔn)氫氧化鉀滴定液的體積數(shù),單位為;為試樣實(shí)驗(yàn)中消耗的的標(biāo)準(zhǔn)氫氧化鉀滴定液的體積數(shù),單位為;為標(biāo)準(zhǔn)滴定液的實(shí)際摩爾濃度,此處?。粸樗≡嚇拥馁|(zhì)量分?jǐn)?shù);代表的摩爾質(zhì)量分?jǐn)?shù),單位為。
測(cè)定結(jié)果的表達(dá)形式為取三次分析結(jié)果的算術(shù)平均值作為參考結(jié)果,精確至小數(shù)點(diǎn)后第二位。
2.3 分析結(jié)果誤差討論
三組實(shí)驗(yàn)中,分析結(jié)果偏離平均值大于的一組數(shù)據(jù)應(yīng)該舍去,取剩余兩組數(shù)據(jù)的平均值作為最終分析結(jié)果。
2.4 水分對(duì)分析結(jié)果的干擾
由于?;噭┲械囊宜狒且环N比較活潑,容易水解的有機(jī)類(lèi)酸酐,所以樹(shù)脂中的水分含量不應(yīng)高于,作為制造反應(yīng)環(huán)境的乙酸乙酯溶劑,其水分含量不應(yīng)高于。否則過(guò)度的水分會(huì)影響?;噭┑孽;饔茫瑫?huì)使一部分?;噭┦В瑥亩箿y(cè)定結(jié)果偏小。
2.5 稱(chēng)取樣品的質(zhì)量數(shù)對(duì)分析影響
在實(shí)驗(yàn)中要對(duì)測(cè)定結(jié)果進(jìn)行數(shù)據(jù)記錄并加以分析,取樣量與加入的酰化試劑要保持在合理的配比條件下,這樣才能保證樣品被酰化試劑完全反應(yīng)掉;再者因?yàn)樵诘谝徊锦;磻?yīng)歷程中會(huì)有1份的水產(chǎn)生,水分會(huì)使酰化試劑局部失效生成乙酸,在公式上的表達(dá)是比真實(shí)值偏小,從而使測(cè)定結(jié)果偏小。為了使這1份的水在測(cè)定時(shí)對(duì)反應(yīng)體系的影響可以忽略不計(jì),此處的參考標(biāo)準(zhǔn)是:試樣實(shí)驗(yàn)中消耗的標(biāo)準(zhǔn)氫氧化鉀滴定液的體積分?jǐn)?shù)要大于空白實(shí)驗(yàn)中消耗標(biāo)準(zhǔn)氫氧化鉀滴定液的,這就是利用差量法減少系統(tǒng)誤差,從而獲得更加準(zhǔn)確的測(cè)定結(jié)果。
2.6 實(shí)驗(yàn)中溫度的掌控
反應(yīng)溫度控制在左右,切忌溫度過(guò)高,要確保反應(yīng)體系要均勻受熱,因?yàn)榉磻?yīng)液系中的催化劑高氯酸其沸點(diǎn)很低,在高溫下容易分解,影響催化效果,使?;磻?yīng)不徹底,測(cè)量結(jié)果偏低,若過(guò)猛烈加熱則會(huì)發(fā)生爆炸,因此在此處設(shè)定?;磻?yīng)溫度不能超過(guò),以保證反應(yīng)安全,準(zhǔn)確的進(jìn)行。
2.7 滴定速率對(duì)分析結(jié)果的干擾
在用標(biāo)準(zhǔn)滴定液滴定過(guò)量的?;噭┻^(guò)程中,滴定速率要均勻,滴加速率過(guò)快會(huì)使乙酸吡啶這個(gè)弱酸弱堿鹽被重重包裹以至于反應(yīng)提前到達(dá)終點(diǎn),反應(yīng)不徹底,偏低,分析結(jié)果高于真實(shí)值。
3 結(jié)論
經(jīng)過(guò)多次實(shí)驗(yàn)室實(shí)際操作與理論值進(jìn)行對(duì)比之后得出,此方法測(cè)定聚酯型醇酸樹(shù)脂在常溫下進(jìn)行時(shí),具有方便、快捷、重現(xiàn)性好,準(zhǔn)確性佳的特點(diǎn)。若分析者嚴(yán)格按照步驟進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作,普遍適用于涂料類(lèi)企業(yè)醇酸樹(shù)脂羥值的分析。
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作者簡(jiǎn)介:樊小奔,男,陜西渭南人,從事IQC、負(fù)責(zé)來(lái)料質(zhì)量監(jiān)控相關(guān)工作。