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关于测定水性涂料中水分含量方法的比较与实践徐子崴

文章来源:温馨娱乐网  |  2022-07-20

关于测定水性涂料中水分含量方法的比较与实践

0 前 言由于GB18582-2001《室内装饰装修材料内墙涂料中有害物质限量》中关于挥发性有机物的测定中,水分测定的方法有气相色谱法和卡尔·费休法,两种方法并存。随着HJ/T 201-2005《环境标志产品技术要求——水性涂料》测试VOC 新方法的推行,其中水分的测定就需要寻求一种测定结果更准确、操作更简单的方法与之匹配。为此我们做了大量的实验,对两种方法进行对比和讨论中国涂料在线coatingol.com。

1 实验部分1.1 气相色谱法

1.1.1 原理

利用无水二甲基甲酰胺的亲水性,通过气相色谱技术的分离,采用内标法来测定水性乳胶漆中的水分。

1.1.2 仪器与试剂

仪器:HP-6890 气相色谱仪,配有热导检测器。

色谱柱:柱长 2 m,外径3.2 mm,填装177~250 μ m 的高分子多孔微球的不锈钢柱。微量注射器:1 μ L;具塞玻璃瓶:10 mL。

试剂:蒸馏水;无水二甲基甲酰胺,分析纯;无水异丙醇,分析纯;样品:水性乳胶涂料。

1.1.3 测试方法

1.1.3.1 仪器操作条件

采用程序升温,柱温的初始温度80 ℃,保持5min,升速30 ℃/min,终温170 ℃,保持5 min。

检测器温度:240 ℃,载气为:纯度99.99% 以上的氮气,流速30 mL/min。

1.1.3.2 测定水的校正因子

在同一具塞玻璃瓶中称0.2 g左右的蒸馏水和0.2 g左右的异丙醇,精确到0.1 mg,加入2 mL的二甲基甲酰胺,混匀。用微量注射器进1μL的标准混样,记录其色谱图。如果采用的异丙醇和二甲基甲酰胺不是无水试剂,则以同样量的异丙醇和二甲基甲酰胺不加水做为空白,记录空白的水峰面积。按照下式计算响应因子,结果见表1。

在气相色谱条件下响应因子的测定结果

其中:R ——响应因子;

Wi ——异丙醇质量,g;

WH2 O ——水的质量,g;

Ai ——异丙醇的峰面积;

AH2O ——水的峰面积;

B ——空白中水峰面积。

1.1.3.3 样品分析

称取0.6 g涂料和0.2 g的异丙醇,精确至0.1mg,加入具塞的玻璃瓶中,再加入2 mL 的二甲基甲酰胺,盖上瓶塞,用力摇动装有试样的小瓶15min,用以保证涂料中的水分完全被二甲基甲酰胺亲和释放。放置5 min,使其沉淀。也可使用低速离心机使其分离,取其上部清液1μ L,注入气相色谱。

记录色谱图,按照下式计算水的质量分数H2O:

AH2O —— 水峰面积;

Ai ——异丙醇面积;

Wi ——异丙醇重量;

Wc ——涂料重量;

R ——校正因子。

1.2 卡尔·费休法

1.2.1 原理

加一恒定直流电压于双铂电极上,在滴定过程中测定电流或电压,与原来的卡尔·费休试剂相比,使用滴定试剂是不同的,但它们都包括I2和SO2 基本成分。本底溶剂可以是甲醇、异丙醇、氯乙醇、吡啶及各种胺等。在有水时SO2 被I2 氧化到H2SO4,反应式:

I 2+ S O 2+ 3 R N + C H 3O H + H 2 O → 2 R N ·H 2+ R N B ·H S O 4C H 3

产生的酸被本底溶剂缓冲,当水完全反应后,稍过量的I2在电极上还原,引起电流和电压的变化,从而显示滴定终点。

1.2.2 仪器和试剂

(1)仪器:瑞士万通卡氏水分滴定仪;卡氏试剂:选用合适的试剂(对于不含醛酮的样品,采用普通的卡氏试剂,对于醛酮类的样品,则应采用醛酮类专用的卡氏试剂),该实验室只配备普通的卡氏试剂;注射器:10 μ L;一次性吸管:3 mL。

(2)试剂:蒸馏水(GB/T 6682,三级水);样品:乳胶涂料。

1.2.3 测试方法

1.2.3.1 卡氏试剂的标定

在滴定瓶中加入新溶剂以覆盖电极端为宜,以卡氏试剂滴定至终点.用10μL注射器吸入蒸馏水,注入滴定瓶中,用减量法称得水的质量,准确至0.1mg。并将水的质量输入到滴定仪中,用卡氏试剂滴定至终点,记录仪器显示的结果。重复标定,直至相邻两次的标定结果之差小于1%,求出至少两次测定的平均值,将标定结果的平均值输入到滴定仪中。

1.2.3.2 样品分析

用一次性滴管取涂料样品,向滴定瓶中滴加1~2滴,用减量法称得加入的涂料质量在0.2~0.4 g,精确到0.1 mg。并将涂料的质量输入到滴定仪中,用卡氏试剂滴定试样至终点,记录仪器显示的结果,见表2。

在卡尔·费休法条件下标定结果

重复测定,同一分析者得到的两次分析结果的相对偏差不得大于3.5%。

2 结果与讨论2.1 卡尔·费休法存在的缺陷

通过以上数据可以看出,卡尔·费休滴定法自身的平行性不好,相对偏差较大。并且即使是这样的结果,操作起来还比较麻烦,影响因素如下:

称样量要求严格,应采用0.2~0.4 g左右。因称样过少会带进天平的误差;称样过多时,加入到溶剂中会形成大量的絮状沉淀,在滴定过程中很容易包裹电极,使测定结果产生错误。

环境湿度影响较大。因采用吸管进样,所以不能够通过进样垫进样。必须将进样口的活塞打开进样,容易带进空气中的水分,环境影响较大。

滴定杯更换溶剂频繁。因乳胶漆遇到极性的甲醇后,会形成沉淀,或成乳浊状,这样便给水分的完全析出造成一定的困难,每做一次样品检测,必须更换溶剂。否则,下一个样品的水分含量中会加带有上一个样品未完全析出的水分,使测定结果偏大,带来误差。

电极易被污染。因乳胶漆经甲醇破乳后,有很多成分较复杂的物质进入滴定杯,电极很容易被涂覆,涂覆后的电极反应不灵敏,使测定结果偏大。

滴定头易被污染,影响检测结果。因滴定杯中不论是有絮状沉淀还是以乳浊状存在,都会对滴定杯造成污染,从而使滴定头的垫片上沾有杂质,使终点控制失灵,得出错误结果。

对样品种类要求严格。因当样品中含有醛酮时,必须选择专用的卡氏试剂,否则,会出现错误的结果。例如水性木器涂料。所以,当对样品的组成不了解时,应先定性,选择出合适的试剂。

2.2 气相色谱法与其相比优点

对样品的要求适用于许多水性涂料,包括水性木器涂料。

操作简单,平行性好,相对误差≤ 1%。

测定样品时间较短。

自身的配置要求较低。只需要一根2.0 m的GD × 102 填充柱即可。检测器TCD,载气:N2,操作过程也比较简单。

两种方法结果对照见表3。

两种方法结果对照

3 结 语利用气相色谱法和卡尔·费休法分别对水性乳胶涂料的水分检测做了大量的实验与研究,分别阐述了两种方法的特点及检测过程中的影响因素。通过对检测结果的对照,可以看出采用气相色谱法检测水性涂料的水分,方便、快捷、干扰因素少,准确性高,能满足生产监控和新产品开发研究的要求,同时为VOC 的检测提供准确的水分含量。通过对比与实践,气相色谱法更适用于新修订GB18582 国标和HJ/T201-2005 环标的贯彻与实施。

陈伟华

郑黎明

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