乙酸乙酯溶剂水分的卡尔费休测定法

[2012/9/14]

　　一、水分的危害

　　在塑料软包装的干式复合生产中，乙酸乙酯溶剂的水份含量是关系到复合质量的重要因素之一。它可以造成很多不利影响：

　　(1)水分消耗固化剂，使主剂、固化剂配比不准确，影响产品固化，容易出现发粘现象。

　　(2)由于水分与固化剂的反应，快速生成二氧化碳，限制粘合剂的浸润，也容易使产品出现气泡。

　　(3)水分夺取固化剂，可能导致粘合剂生成内聚强度比较高的聚氨酯脲(R-NHCOHN-R)，产品易出现晶点和变硬。

　　(4)水分溶入溶剂，使乙酯挥发速度减慢，使粘合剂的铺展速率，和硬化速率受到影响，也容易导致溶剂残留。

　　乙酯中的水分来源主要有两个渠道，其一是产品本身自带，如我国《GB3728-91工业乙酸乙酯》中规定，优等品水分含量小于1000ppm，一等品水分含量小于2000ppm，合格品水分含量小于4000ppm，在市售乙酯中，这些水分都是不可避免的。其二，乙酯在存放过程中吸收的水分，因为乙酯属于易挥发液体，在挥发过程中需要吸收热量，表层乙酯的急速挥发主要热量来源就是空气中水蒸气的凝结放热，而凝结的水分则很快溶入乙酯中，进一步增加了其水分含量，这在夏季空气相对湿度大于80%时尤为突出。鉴于这种情况，在复合前事先测定乙酯中水分含量就显得非常重要了。

　　二、各种水分测定仪的比较

　　市售的水分测定仪有很多，按测试方法分有以下几种：

　　红外法类仪器，体积小，测定范围比较宽，精确度差，适合水分含量5%-90%的木材、纸张等材料的测定，结构简单，价格低廉。

　　卡尔费休库仑法类仪器，主要原理利用化学反应后电导率变化计算，结构复杂，体积大，测定精确度最高，适合水分含量100PPm以下水分含量，一般用于阴离子聚合等对水分有非常严格要求的化工、医药等行业产品测定，价格昂贵。

　　卡尔费休容量法，结构比较简单，体积和精确度适中，适合水分含量10PPm-10%的测定，一般用于对水分有严格要求的化工、医药和包装等行业产品测定，价格从数千元到数万元不等。

　　可以看出，对于软包装行业，在测定乙酸乙酯等溶剂的水分含量，使用卡尔费休容量法水分测定仪完全可以满足要求，而且经济性比较好。

　　三、卡尔费休容量法水分测定的测定原理

　　卡尔费休容量法测定水分含量，主要依据电化学反应：

　　I2+2eó2I-

　　在反应池的溶液中同时存在I2和I-时，该反应在电极的正负两端同时进行，即在一个电极上I2被还原，而在另一个电极上I-被氧化，因此在两个电极之间有电流通过。如果溶液中只有I-而无I2同时存在，两个电极间则没有电流通过。

　　卡尔费休试剂中含有效成分吡啶和碘等物质，把其计量滴入反应池，能与待测溶液中的水发生如下化学反应：

　　H2O+SO2+I2+3C5H5N→2C5H5N·HI+C5H5N·SO3

　　C5H5N·SO3 CH3OH→C5H5N·HSO4CH3

　　C5H5N·HI→C5H5N·H I-

　　该反应持续进行，不断消耗水，生成I-，一直到反应滴定终点，水分消耗完毕。这时，溶液有微量未发生反应的卡尔费休试剂存在，才能发生I2和I-同时存在的情况，两个铂电极之间的溶液开始导电，由电流指示达到终点，停止滴定。从而通过计量已消耗的卡尔费休试剂体积(容量)来标定溶液中的水分含量。

　　库仑法的电化学原理同上面相同，但没有滴定过程。其把定量卡尔费休试剂置入反应池中，测量电导率。再把一定量含有水分的待测试样加入反应池，按上述反应式产生了I-与卡尔费休试剂中的I2一起构成导电液体，电脑根据加入待测试样前后溶液电导率(库仑)的微小变化计算加入待测试样的水分含量。

　　四、选购水分测定仪的注意事项

　　对于市售的各种卡尔费休容量法水分测定仪，建议软包装厂家根据性价比排列，选择购买时注意以下几点：

　　1、选择时最好考虑自动型仪器。手动的水分测定仪需要试验者对玻璃滴定管中的试剂进行目测，在达到终点后也需要手动关闭，因各人动作习惯不同而迟延，会带来不必要的误差。

　　2、选择时应考虑购买全密闭系统测试。裸露的卡尔费休试剂因为碘的存在，非常容易吸收水分，待测乙酯样品和甲醇溶剂也应尽量避免空气中水分溶入的困扰。

　　3、应考虑计量泵的寿命问题。计量泵等属于容量法水分仪的关键部分，卡尔费休试剂又是腐蚀性很高的试剂，尽量选购由氟塑料等耐腐蚀的材料制成的计量泵，防止产生泄漏，导致仪器的报废。

　　4、电极问题。该部分属于仪器的核心部件，一方面应具有较高的灵敏度，另一方面，因其测试时浸泡在试验池中，最好选择配备优质铂电极的仪器，以保持电极寿命。

　　五、卡尔费休容量法水分测定过程

　　在卡尔费休容量法水分测定仪中，有几种可供选择的种类，其连接、测定也有所不同，但基本过程相似。以V10plus型全自动水分测定仪为例，其测定过程如下：1、消除溶液空白

　　在反应池中加入无水甲醇试剂10-15ml(浸没电极)，打开滴定开始注液，将卡尔费休试剂注入反应池，直至甲醇中的微量水分反应完毕，仪器自动停止并报警。

　　2、2、标定卡尔费休试剂

　　按复零键，用10ul取样器取10mg(10ul)蒸镏水入反应池中，按滴定开始键，仪器开始自动滴定，到达终点时蜂鸣器响，终点指示灯亮，此时数码管显示的就是10mg水所消耗的卡尔费休液的m1数，由此可计算出每m1卡尔费休相当于水的mg量。

　　F=10/A

　　式中：F—每ml卡尔费休溶液相当于水的mg量

　　10—称取水重量的mg数

　　A一滴定所消耗的卡尔费休试剂的mg(ul)数

　　3、3、测定水分含量

　　按复零键，用取样器取10ml被测的乙酸乙酯(或甲苯)，加入把应池中。按滴定开始键，进行滴定，到达终点时蜂鸣器响，终点指示灯亮，其结果按下式计算：

　　水份含量=A1×F/10000

　　式中：A1一样品所消耗的卡尔费休溶液的m1量

　　F一每m1卡尔费休液相当于水的mg量

　　10000指加入10ml乙酸乙酯(或甲苯)重量的mg数。

　　上述2、3两步综合计算：乙酯水分含量=

　　可以看出，上述试验过程快速，计算简单，原理容易理解。

　　精确测定乙酸乙酯溶剂中的水分，不但可事先避免复合中的质量问题，把损失降低到最小程度，而且可与溶剂生产厂家进行有据交涉，退换不适用的溶剂。

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