一種固體表面施膠劑的化學(xué)分析方法

竇和琴，景欣欣

（蘇州禾川化學(xué)技術(shù)服務(wù)有限公司，江蘇 蘇州 215123）

一種固體表面施膠劑的化學(xué)分析方法

竇和琴，景欣欣

（蘇州禾川化學(xué)技術(shù)服務(wù)有限公司，江蘇 蘇州 215123）

固體表面施膠劑是由多種無(wú)機(jī)物及有機(jī)物復(fù)配而成，用于提高瓦楞紙的環(huán)壓強(qiáng)度及抗水防潮性能。該文介紹了一種固體表面施膠劑的化學(xué)分析方法，主要利用多種化學(xué)分析儀器（紅外分光光度計(jì)、X射線衍射儀和布魯克核磁共振儀）對(duì)一款固體表面施膠劑中的各種物質(zhì)進(jìn)行定性及定量分析。

表面施膠劑；化學(xué)分析儀器；分析方法

如今，大量使用廢紙生產(chǎn)瓦楞原紙，而多次使用的廢紙成紙后其力學(xué)性能會(huì)大大下降，因此，造紙企業(yè)越來越注重其表面工藝的研究，在瓦楞紙抄造過程中經(jīng)常采用表面施膠的工藝來提高環(huán)壓強(qiáng)度[1-2]。目前，所有的表面施膠都需要用到大量的淀粉[3]，隨著淀粉價(jià)格的攀升，逐漸出現(xiàn)了一類新型固體施膠劑，該類固體施膠劑以硫酸亞鐵為主要物質(zhì)，輔以一定量的葡萄糖酸鈉、硼砂及其他金屬鹽作為效果增強(qiáng)劑，其微量成分未見明顯報(bào)道。該類產(chǎn)品加入淀粉液中能與淀粉液發(fā)生高度交聯(lián)，在淀粉分子上接枝成疏水基團(tuán)，從而有效地提高瓦楞原紙的表面抗水性能，可部分替代淀粉。

本文利用多種化學(xué)儀器對(duì)這些新型表面施膠劑的成分進(jìn)行了精確分析與定量，可從中獲取一些有用的信息，以輔助企業(yè)開發(fā)或優(yōu)化表面施膠劑的成分或工藝，降低生產(chǎn)成本。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 原料與儀器

固體表面施膠劑（以下簡(jiǎn)稱“施膠劑”），綠色粉末型；乙二胺四乙酸標(biāo)準(zhǔn)溶液（EDTA），量濃度為0.01 mol/L；磺基水楊酸鈉，分析純；過氧化氫，質(zhì)量分?jǐn)?shù)28%。

紅外分光光度計(jì)，X射線衍射儀，布魯克400 M的核磁共振儀，X射線熒光光譜分析儀，電感耦合等離子體、離子色譜儀。

1.2 施膠劑的分析與測(cè)試

1.2.1 施膠劑的物理性質(zhì)

考察施膠劑的顏色、狀態(tài)、氣味、水溶性和水溶液的pH。

1.2.2 紅外光譜分析

取少量施膠劑粉末放入研缽中與KBr混合研細(xì)，用壓片機(jī)壓成薄片，放入紅外分光光度計(jì)中測(cè)試。

1.2.3 晶型分析

用廣角X射線衍射儀（XRD）測(cè)得衍射圖，掃描范圍為1～85°，并與標(biāo)準(zhǔn)卡片進(jìn)行對(duì)比。

1.2.4 X射線熒光光譜（XRF）分析

取少量施膠劑粉壓片，放入XRF分析儀中測(cè)試。由于X射線熒光光譜儀對(duì)輕元素識(shí)別較弱，本檢測(cè)方法僅能識(shí)別原子序數(shù)13及以上，即碳元素及以上的元素，且為定性及半定量分析。

1.2.5 氫譜核磁測(cè)試

在XRF、XRD測(cè)試完成、了解本樣品中的元素組成后，再進(jìn)行核磁測(cè)試。核磁測(cè)試的樣品需確保不含順磁性物質(zhì)，通常若含有金屬元素，在調(diào)節(jié)pH使金屬離子沉淀完，剩余物除水烘干，在Bruker 400 M核磁共振儀上以D2O為溶劑測(cè)定。

1.2.6 離子色譜（IC）測(cè)試

對(duì)樣品硝解后，定性分析樣品中含有的陰離子。離子色譜測(cè)試的陰離子的標(biāo)樣有硫酸根、硝酸根、磷酸根、氟離子、氯離子、溴離子和碘離子，通過IC陰離子的檢測(cè)，可在一定程度上了解樣品中金屬陽(yáng)離子的存在形式，檢出限為10 mg/L。

1.2.7 電感耦合等離子體（ICP）測(cè)試

在XRF測(cè)試完成后，依據(jù)測(cè)試結(jié)果，對(duì)樣品硝解后，對(duì)每種金屬元素進(jìn)行特定元素的定量分析，檢出限為10 mg/L。

1.2.8 化學(xué)滴定

在對(duì)XRF測(cè)試數(shù)據(jù)完成后，進(jìn)行金屬離子的滴定分析，進(jìn)行三價(jià)鐵離子與總鐵的滴定。采用絡(luò)合滴定方法：以磺酸水楊酸鈉為指示劑，EDTA標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定三價(jià)鐵，用過氧化氫氧化樣品中二價(jià)鐵和三價(jià)鐵，再以同樣的方法滴定，二者之差為二價(jià)鐵的含量，有關(guān)計(jì)算式如下：

式中：V為滴定時(shí)EDTA標(biāo)準(zhǔn)溶液消耗體積，mL；C為EDTA標(biāo)準(zhǔn)溶液量濃度，mol/L；m為所取樣品質(zhì)量，g；55.85為鐵的摩爾質(zhì)量，g/mol。

1.2.9 姜黃試紙檢驗(yàn)硼

酸性條件下，試紙由黃變棕，用氨水或氫氧化鈉堿化時(shí)，棕色斑點(diǎn)變?yōu)槟G色，考慮到鐵離子的影響，調(diào)整樣品pH，將鐵離子除去，然后，再調(diào)整酸堿性，檢驗(yàn)硼。

2 結(jié)果與討論

2.1 施膠劑的物理性質(zhì)施膠劑的物理性質(zhì)如表1所示。

表1 施膠劑的物理性質(zhì)

經(jīng)文獻(xiàn)與專利的查閱，該施膠劑可能是以硫酸亞鐵為主要成分并輔以多種無(wú)機(jī)物及有機(jī)物復(fù)配而成的體系。

2.2 施膠劑的紅外光譜

圖1是表面施膠劑的紅外光譜圖。圖中，波數(shù)1 650 cm-1處為水的特征吸收峰，1 100 cm-1是硫酸根的特征吸收峰，該樣品可能為硫酸鹽。

圖1 表面施膠劑的紅外光譜圖

2.3 施膠劑的晶型

圖2是施膠劑的X光廣角衍射儀測(cè)得衍射圖。

圖2 表面施膠劑的XRD測(cè)試圖

圖2與標(biāo)準(zhǔn)卡片比較，確定為硫酸亞鐵七水合物為主要成分，同時(shí)還含有硫酸錳等。

2.4 XRF測(cè)試

本施膠劑經(jīng)紅外光譜測(cè)試與XRD測(cè)試，其主要成分是硫酸亞鐵。為檢測(cè)其他元素，進(jìn)行了X熒光光譜分析，分析結(jié)果如表2所示。

表2 施膠劑的XRF測(cè)試結(jié)果 w/%

由表2可知，本施膠劑中除含鐵、硫元素，可驗(yàn)證其主要成分為硫酸亞鐵，還含有鈉、鈦、鋁、硅、錳和鎂元素，以元素的存在形式也可能為硫酸鹽，為此需進(jìn)一步驗(yàn)證。

2.5 ICP測(cè)試

XRF元素測(cè)試僅能定性及半定量檢測(cè)元素，為精確定量，我們采用將一定量的樣品濕法硝解，進(jìn)行ICP測(cè)試，測(cè)試結(jié)果如表3所示。

表3 施膠劑的ICP測(cè)試結(jié)果 w/%

2.6 IC測(cè)試

施膠劑在水中完全可溶，因此，金屬陽(yáng)離子應(yīng)當(dāng)以金屬鹽的形式存在，通過IC測(cè)試，可以了解施膠劑中的陰離子，以進(jìn)一步確定其組成。表4為樣品中陰離子測(cè)試結(jié)果。

表4 表面施膠劑的IC測(cè)試結(jié)果 w/%

2.7 核磁共振測(cè)試

施膠劑含有大量鐵元素，鐵元素具有順磁性，對(duì)核磁出峰影響較大，本品的處理方法為：將樣品溶于水，加氫氧化鉀（鈉）溶液調(diào)節(jié)pH，使鐵離子以氫氧化鐵的形式沉淀，剩余物除水烘干，在重水中進(jìn)行核磁測(cè)試，圖3為樣品的核磁共振譜圖。

圖3 施膠劑的1H NMR譜圖

圖3中的δ為3.5～4.1的特征峰分別對(duì)應(yīng)葡萄糖酸鈉中5個(gè)質(zhì)子的化學(xué)位移。

2.8 化學(xué)滴定

以絡(luò)合滴定法測(cè)定鐵，三價(jià)鐵的含量為質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.3%，總鐵的含量為質(zhì)量分?jǐn)?shù)17.5%，因此，施膠劑中二價(jià)鐵的含量為質(zhì)量分?jǐn)?shù)17.2%。

2.9 硼的檢測(cè)

姜黃試紙?jiān)谒嵝詶l件下為紅色，浸入氫氧化鈉溶液中，顏色由紅變?yōu)榫G，證明有硼酸鹽存在，由于硼酸鹽的含量較低，因此需濕法硝解，得用ICP測(cè)試進(jìn)行定量分析。

3 結(jié)論

本文通過多種化學(xué)分析儀器的聯(lián)合使用，對(duì)市售的一款固體表面施膠劑進(jìn)行成分分析，本文的實(shí)驗(yàn)方法可給企業(yè)研發(fā)人員提供一定的技術(shù)方法支持。

根據(jù)具體的定性分析及定量分析結(jié)果，考慮到儀器的檢出限及波動(dòng)，具體的含量可能在標(biāo)準(zhǔn)值附近，因此，樣品的物質(zhì)組成及含量為：硫酸亞鐵87.0%～87.5%，硫酸鐵1.2%～1.5%，硼砂十水合物2.6%～3.0%，硫酸鎂七水合物2.2%～2.4%，葡萄糖酸鈉1.0%～1.5%，硫酸錳一水合物0.6%～0.8%，水3.5%～4.0%（硫酸亞鐵具有吸水性）。依據(jù)本成分表配樣，給客戶試用，其效果與原樣比，相似度達(dá)到90%。除此之外，XRF測(cè)試中含有少量的鈦元素與硅元素，可能來源于原材料工業(yè)品中的雜質(zhì)。

［1］ 韓卿，王亞娟，黃文江，等.瓦楞原紙的環(huán)壓強(qiáng)度及其提高途徑［J］.中國(guó)造紙，2006，25（12）：49-53.

［2］ 胡惠仁，徐立新，董榮業(yè).造紙化學(xué)品［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版，2002.

［3］ 陳夫山，鄭剛，宋曉寧.淀粉-無(wú)機(jī)鹽體系表面施膠對(duì)瓦楞原紙應(yīng)用性能的影響［J］.中國(guó)造紙，2013，32（4）：22-26.

A Chemical Analysis Method of Solid Surface Sizing Agent

DOU He-qin，JING Xin-xin
（Su Zhou He-Chuan Chemical Technology Service Co.，Ltd.，Suzhou 215123，China）

Solid surface sizing agent is composed of several kinds of organic and inorganic materials to improve the ring crush compression resistance and humidity resistance of corrugated paper.In this article，we present a chemical analysis method of solid surface sizing agent using multiple chemical analysis instruments[infrared spectrophotometer，X-ray diffraction，nuclear magnetic resonance（NMR）.etc]for qualitative and quantitative analysis of the composition.

surface sizing agent；chemical analysis instruments；analysis method

TS77

A

1007-2225（2016）06-0024-04

竇和琴（1987-），女，碩士研究生；研究方向：造紙化學(xué)品；電話：0512-80969400；E-mail：douheqin @163.com。

2016-11-07（修回）

本文文獻(xiàn)格式：竇和琴，景欣欣．一種固體表面施膠劑的化學(xué)分析方法[J]．造紙化學(xué)品，2016，28（6）：24-27．