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涂料技术

现代分析技术在水性聚合物及其涂料分析测试中的应用

时间:2011-04-26 09:16:25 来源: 作者:编辑 点击:
对于可溶性的聚合物,可以选择一种适当的溶剂将聚合物完全溶解。先过滤或离心除去不溶解的无机填料、颜料等,然后加入一种过量(5~10倍)的沉淀剂使聚合物沉淀,将一些可溶性添加成分留在溶液中。通过过滤或离心除去高分子沉淀后,蒸去溶剂而回收这些添加成分。沉淀出来的聚合物可能残留有少量助剂。这时可以用重复溶解-沉淀的步骤来纯化。有些助剂会与聚合物形成某种络合物而结合牢固,只有经过多次溶解-沉淀过程后才会分离完全。分离后的聚合物和助剂可采用多种仪器进行直接分析,如LC、TLC、FT-IR、NMR或MS等。如果要剖析的水性涂料是乳胶涂料,则必须先予以破乳才能进行分离操作。溶解-沉淀法和萃取法兼而施之,可以使水性涂料体系得以分离和纯化。首先用萃取法抽提出高分子材料中的有机助剂,第二步再用溶解-沉淀的方法回收高分子,同时分离出无机颜料和填料。填料是与聚合物性质完全不同的、不相容的固体物质,因此一般采用较简单的方法就可以分离出来。如果是单一填料,分离后称质量直接就得到其含量;如果是混合物,再根据化学性质的差别予以进一步分离。通过元素分析可以对无机颜料和填料予以定性鉴别,而定量分析的方法主要有灰化法和溶解法。所谓灰化法,就是将含填料的水性涂料进行干燥,然后在高温下焙烧,聚合物被烧掉,剩下的就是无机填料。显然有机颜料不宜用此法。灰化最好在裂解管中进行,并通有惰性气体。由于材料在高温下的变化是复杂的,所以灰化的条件(如灰化温度、灰化气氛等)十分重要。例如碳酸钙在大于520℃时倾向于分解生成二氧化碳,如果在敞开体系中加热,这个温度还会更低,而在(950±25)℃时则完全分解。因此,测定碳酸钙的含量应在低于520℃下灰化。所谓溶解法,就对可溶解的聚合物,选择适当的溶剂就将高聚物溶解而留下颜料和填料。对交联度高的难溶解或不溶解聚合物,可以用化学分解的方法如水解、酸解、碱解、胺解等,使聚合物分解而溶于有机溶剂。然后就以离心、过滤、倾出等方法除去高分子溶液而分离出颜料和填料。对于水性涂料中的有机溶剂,可以在常压或减压下蒸馏。当蒸馏温度在150℃以上时要注意聚合物可能分解,因此最好采用水蒸气蒸馏或减压蒸馏。水蒸气蒸馏时,根据溶剂性质,馏出液可能为一相或分为两相。若是一相,进一步用氯化钙或碳酸钙盐析,用无水硫酸钠脱水后再蒸馏得到供检测用的溶剂。若是两相,用分液漏斗分出溶剂相,用无水硫酸钠脱水后再蒸馏回收溶剂。减压蒸馏是另一种办法,先在常压下馏出低沸点部分,然后在油浴中133kPa下减压蒸馏,油浴温度逐渐升高,最终在2.66~4kPa下蒸馏。用0℃以下装置收集馏出液,蒸出的溶剂还要再蒸馏。分离出来的溶剂可采用GC、GC-MS、FT-IR、NMR等多种方法鉴别。除了蒸馏法外,也可以选择合适的溶解-沉淀法分离出涂料中的溶剂。水性涂料是一个复杂的混合体系,较细致的分析要从分离和纯化开始[5]。鉴别成膜聚合物或水性涂料助剂单靠一种方法往往是不够的,须用多种方法相互补充、相互印证,才有可能得出相对准确的结论。水性涂料剖析应用举例[2]:对于一种浅褐色水性涂料,首先取部分置于聚丙烯管中在转速10000r/min下离心分离4h;然后小心地从离心机中取出聚丙烯管,并以1mL为尺度,测量分离管中的每一层物料,并在管外作出标记。依次移去每层,然后重新称取离心管的质量,从而获得每次的质量。水(溶剂)处于表面层,往下依次是树脂、颜填料。采用XRD光谱可确定颜料是二氧化钛(白色)和氧化铁(红色)。采用FT-IR光谱可确定树脂是含有一种酯类增塑剂的聚甲基丙烯酸甲酯。此外,在水相中发现了一种非离子表面活性剂(乳化剂)。取500cm3离心分离后的水相物料,采用一般的实验装置进行蒸馏,收集蒸馏出来的水;当水蒸馏出来后,表面活性剂(乳化剂)仍然保留在蒸馏烧瓶中。称取表面活性剂的质量,然后用FT-IR测定,确定表面活性剂是壬基酚环氧乙烷。通过上述分析测定,可确定水性涂料的主要组成如下(质量分数):二氧化钛:13.3%;氧化钛红:6.5%;聚甲基丙烯酸甲酯:25.5%;非离子型表面活性剂(壬基酚环氧乙烷):2.1%;水:52.6%。

2.2固体涂料样品的剖析

固体涂料样品的一般分析方法如图2所示。
 
图2固体涂料样品的一般分析程序

图2固体涂料样品的一般分析程序
 
如果要进行组成的剖析,则要进行必要的分离与纯化。热塑性聚合物水性涂料成膜后,一般仍然能够溶解于合适的有机溶剂中,因此可采用与涂料相同的方法进行分析。对于热固性水性涂料形成的涂膜,由于其不溶于有机溶剂,因而往往需要进行固体分析。红外光谱是对固体涂膜进行分析的有力手段,最近热解气相色谱与质谱联用技术(PGC-MS)也获得了广泛的应用。固体核磁共振(NMR)技术也可用于涂膜的分析。化学方法如水解法、元素分析法也可采用。固化后的涂膜中的助剂的分析非常困难,可以粉化后在水中或有机溶剂如丙酮等热萃取出来,从抽出物鉴别可溶的助剂。
关键词: 现代分析技术
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