氯醋树脂胶的化学分析

本文介绍了利用多种化学分析仪器(红外光谱仪、气相色谱质谱联用仪、热裂解气相色谱质谱联用仪、核磁共振波谱仪、X射线荧光光谱仪等)对一款氯醋树脂胶水的各种物质进行定性及定量分析。

氯醋树脂无味、无毒,常温下化学性质稳定,耐酸、碱、醇、煤油和脂肪烃等化学品的浸蚀,具有吸水率和水蒸气透过率低等特点。

目前,氯乙烯-醋酸乙烯酯树脂在国外广泛地应用于PVC糊树脂制品中,可单独使用,亦可与聚氯乙烯糊树脂掺混使用。在国内氯醋树脂尚未在糊树脂加工领域使用。在国外,氯醋树脂可降低加工温度,提高塑化速度,改善制品性能的重要手段,应用在人造革、地板革、壁纸、金属保护涂料、地毯、底步粘结剂、汽车内装密封胶以及浸渍制品、油墨、涂料等。

 

一种氯醋树脂胶水、二氯甲烷、四氢呋喃、马弗炉、红外光谱仪(IR)、核磁共振波谱仪、X射线荧光光谱分析仪(XRF)、热裂解气相色谱质谱联用测试仪(Py-GCMS)、气相色谱质谱联用测试仪(GCMS)、热重-差热分析仪(TG-DTA)、差示扫描量热仪(DSC)、凝胶渗透色谱(GPC)、氢氧化钠、盐酸、滴定管、移液管、分析天平等。

 

氯醋树脂的分析与测试

1.2.1 氯醋树脂的物理性质
考察氯醋树脂胶水的外观状态、颜色、不挥发组分的含量、马弗炉灰分等。
1.2.2 红外光谱分析(IR)

选择涂膜法和ATR制样法,取少量液体和固体分别制成薄片,放入红外光谱仪中测试。

1.2.3  X射线荧光光谱分析(XRF)

取适量样品干样,放入XRF分析仪中测试。由于X射线荧光光谱仪对轻元素识别较弱,本检测方法仅能识别原子序数13及以上,即碳元素及以上,且为定性及半定量分析。

1.2.4热裂解气相色谱质谱联用测试(Py-GCMS)

取少量样品干样,直接进样测试,热裂解温度选择550℃。本仪器将氯醋树脂聚合物热裂解成可挥发小分子,再联用GCMS分析,可在一定程度上了解样品中氯醋树脂的聚合单体及比例关系、小分子助剂等。

1.2.5气相色谱质谱联用测试(GCMS)

利用二氯甲烷稀释原样液体,取原样稀释液进行GCMS测试,通过GCMS测试可获知样品中溶剂和小分子助剂的种类和结构信息。

1.2.6热重-差热分析仪(TG-DTA)

取少量样品原样,进行TGA(N2)测试,测试温度范围为0-800℃,主要检测样品在不同温度下的分解失重情况。

1.2.7差示扫描量热仪(DSC)

取少量样品原样,进行GPC测试,测试温度范围为-50-150℃,主要检测样品干样的玻璃化转变温度Tg值。

1.2.8凝胶渗透色谱(GPC)

利用四氢呋喃溶剂稀释原样,将稀释样进行四氢呋喃相的GPC测试,主要是检测样品中聚合物的分子量大小。

1.2.9马弗炉烧蚀

取样品干样2-3g,在马弗炉中800℃高温煅烧2-4h,可检测出样品是否含有无机物及无机物的含量等信息。

 

利用多种化学分析仪器(红外光谱仪、气相色谱质谱联用仪、热裂解气相色谱质谱联用仪、核磁共振波谱仪、X射线荧光光谱仪等)对一款氯醋树脂胶水的各种物质进行定性及定量分析。

 

结果与讨论
2.1马弗炉灰分数据
样品干样经过马弗炉800℃高温煅烧2-4h后,经计算其灰分约为0%,由此可知,样品中不存在无机物填料。
2.2  红外光谱(IR)
图1-1是样品原样的红外光谱图。由图可知,波数2960.95cm-1、2844.76cm-1处是-CH3、-CH2-基团上饱和C-H的对称和不对称伸缩振动,波数1741.06 cm-1处是酯键的伸缩振动峰。
氯醋树脂胶的化学分析
图1-1原样的红外光谱图(匹配二元酯DBE)图1-2是样品干样的红外光谱图。由图可知,波数1737.42cm-1处是酯键的伸缩振动峰,波数1234.60cm-1处是-CHCl-基团上的C-H的伸缩振动峰。

氯醋树脂胶的化学分析

图1-2干样的红外光谱图(匹配氯醋树脂)

2.3  热失重性能(TGA)

图2是样品原样在氮气氛中的TGA测试图。由图可知,200℃之前的热失重是样品中溶剂的失重,302.70℃的热失重为氯醋树脂中HCl和乙酸的失重,453.94℃分析认为是氯醋树脂的碳碳主链的分解所致。再结合样品的不挥发组分的数值,据此可基本定出样品中溶剂、树脂的含量。

氯醋树脂胶的化学分析

2.4  示差扫描量热法 (DSC)

图3是样品干样的DSC测试图。由图可知,样品干样的玻璃化转变温度Tg≈47.4℃。

氯醋树脂胶的化学分析

2.5 X射线荧光光谱分析(XRF)

为了解该氯醋树脂胶水的大概元素组成和含量,进行了X射线荧光光谱分析,分析结果如表1所示:

表1  干样的XRF测试结果

氯醋树脂胶的化学分析

由表1可知,氯醋树脂胶水样品中除含碳、氧、氢元素外,还含有氯、硅元素,且氯元素的含量相对较高,此数据也进一步证明了样品中含有氯醋树脂;

2.6热裂解气相色谱质谱联用测试(Py-GCMS)

高聚物的裂解方式取决于其分子结构,因此可根据其裂解产物的定性、定量数据,推断有机化合物的组成和结构。为精确获知氯醋树脂胶水的聚合单体及比例、小分子助剂种类等,可采用热裂解方法将氯醋树脂胶水裂解成可挥发小分子,再利用气相色谱质谱联用仪进行检测,测试结果如图3所示:

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2.7 气相色谱质谱联用测试(GCMS)

氯醋树脂胶水中含有溶剂和一些小分子助剂,针对在300℃之前能够挥发的溶剂和助剂,GCMS测试均可检测出来。用溶剂二氯甲烷稀释样品原样,将其稀释液送样进行GCMS测试。图5和图6均为二氯甲烷稀释原样的GCMS测试结果。

本文通过多种大型化学分析仪器的联合使用,对市售的一款氯醋树脂胶水进行成分分析,本文的实验方法,可给企业研发人员提供一定的技术方法支持。

根据具体的定性及定量结果,结合行业经验,考虑到仪器的检出限及波动,具体的含量可能在标准值附近。

 

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