氟碳涂料氟含量的紅外測定方法研究

徐蕓莉 盛春薺

（1.浙江省質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督檢測研究院，310007；2.杭州師范大學(xué)，310036：杭州）

氟化工

氟碳涂料氟含量的紅外測定方法研究

徐蕓莉1盛春薺2

（1.浙江省質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督檢測研究院，310007；2.杭州師范大學(xué)，310036：杭州）

采用紅外光譜通過建立氟含量定量分析標(biāo)準(zhǔn)工作曲線，選擇C—F鍵特征吸收峰所在的1 400～1 000 cm-1光譜區(qū)域作為定量分析信息區(qū)，對涂料溶劑可溶物氟含量進(jìn)行定量分析，并用氟離子電極法對結(jié)果準(zhǔn)確性進(jìn)行驗證。結(jié)果表明，當(dāng)C—F的質(zhì)量濃度為1.3～13 mg/mL 時，線性回歸方程為 A=1.04[ρ(C—F)/(mg·mL-1)]+5.15（R2=0.987）；與氟離子選擇電極法對比，回收率在可接受范圍內(nèi)。該方法簡單可行、準(zhǔn)確可靠，可用于涂料溶劑可溶物氟含量。

氟碳涂料；溶劑可溶物氟含量；紅外光譜分析；定量

氟碳涂料是指其樹脂分子結(jié)構(gòu)中含有氟原子，并以氟碳（F—C）鍵形式存在的涂料產(chǎn)品。因其具有良好的附著力與超群的耐候性、耐污染性，而被譽(yù)為“涂料王”，雖然開發(fā)只有20多年的歷史，但在各行各業(yè)使用已越來越廣泛[1]。

目前市場上氟碳涂料產(chǎn)品良莠不齊，存在著以次充好、以假亂真的現(xiàn)象，如根本不存在氟碳樹脂的丙烯酸聚氨酯產(chǎn)品、或僅添加了極少量含氟單體改性樹脂的產(chǎn)品也被稱之為“氟碳涂料”。氟含量對產(chǎn)品質(zhì)量好壞直接起到作用，檢測氟含量可幫助識別氟碳涂料的真?zhèn)巍?/p>

目前氟含量測定一般采用氟離子電極法，這種方法存在繁瑣、耗時長、干擾因素多等缺點[2]。本研究就采用紅外光譜測定氟含量進(jìn)行探討。

1 實驗部分

1.1 原理

試樣經(jīng)離心分離，取清液部分烘干后測定溶劑可溶物含量；用溶劑稀釋上述溶劑可溶物，定容后用于采集紅外光譜，確定C—F特征吸收峰所在的有效分析區(qū)域，通過定量分析軟件測定C—F吸收峰的紅外光譜面積，對照氟含量定量分析標(biāo)準(zhǔn)工作曲線確定溶劑可溶物稀釋溶液中的氟含量，計算出試樣中溶劑可溶物的氟含量。

1.2 儀器和試劑

傅立葉紅外光譜儀：Nicolet 5700，固定密封式液池（池厚 0.5 mm）；離心機(jī)：轉(zhuǎn)速 5～15 kr/min。

全氟辛烷（質(zhì)量分?jǐn)?shù)為98%）；溶劑二甲苯、丙酮、四氯化碳，均為分析純；氟碳樹脂：三氟氯乙烯系氟碳樹脂（均為國產(chǎn)）和四氟乙烯系氟碳樹脂（分為國產(chǎn)和進(jìn)口2種）；氟碳涂料：自制，分為色漆和清漆。

1.3 氟標(biāo)準(zhǔn)工作溶液的制備

精確稱取全氟辛烷（質(zhì)量分?jǐn)?shù)98%）2.4 mL置于100 mL容量瓶中，用四氯化碳溶解并稀釋至刻度，此溶液1 mL含氟31.8 mg。 分別移取 0.4、1、2、3、4、6、8 mL上述溶液置于 10 mL容量瓶中，用四氯化碳稀釋至刻度，構(gòu)成一系列標(biāo)準(zhǔn)溶液，用于紅外光譜定量分析。

1.4 光譜采集

1.4.1 樣品離心處理

取適量試樣置于離心管中（可根據(jù)實際離心分離效果，自行確定稱樣量和離心管容量），加入二甲苯和丙酮（體積比1:1）混合溶劑，混合均勻后，置于離心機(jī)上，離心30～40 min，使顏填料沉降，離心次數(shù)視分離情況而定，取上層清液備用。該清液為氟碳涂料的溶劑可溶物，包含了涂料中氟樹脂和溶劑成分。

1.4.2 光譜采集條件

紅外光譜儀掃描波數(shù)為400～4 000 cm-1；掃描分辨率4 cm-1；掃描次數(shù)32。采用CCl4作為背景光譜。

1.4.3 標(biāo)準(zhǔn)工作溶液光譜采集

共配制7個標(biāo)準(zhǔn)工作溶液，每個樣品分別進(jìn)行3次光譜采集得到7個平均譜圖（圖1為C8F18的紅外光譜圖）。選用樣品中C—F鍵特征吸收峰所在的1 400～1 000 cm-1光譜區(qū)域作為定量分析信息區(qū)。用TQ Analyst V8定量分析軟件計算該信息區(qū)紅外光譜面積作為吸光度A（樣品中C—F的質(zhì)量濃度表示為 ρ(C—F)）。

1.4.4 工作曲線與檢測范圍

根據(jù)比耳定律[3]：

式中，τ(λ)為光譜透射比，ρ為吸光物質(zhì)的質(zhì)量濃度，K為吸光系數(shù)，b為吸收層厚度。其物理意義是當(dāng)樣品溶液的光程固定時，溶液吸光度正比于吸光成分的質(zhì)量濃度。

1.5 氟含量測定

取約5 g氟碳涂料，按1.4.1節(jié)進(jìn)行離心分離，將上層清液轉(zhuǎn)移至已烘干至恒量的蒸發(fā)皿中，在(105±2)℃下烘烤使溶劑完全蒸發(fā)至恒量，用于測定溶劑可溶物質(zhì)量m。

用四氯化碳將溶劑可溶物稀釋定容于合適的容量瓶中，混合均勻備用。其中定容體積V的確定以使溶劑可溶物-四氯化碳溶液的氟含量在標(biāo)準(zhǔn)工作曲線線性范圍內(nèi)為標(biāo)準(zhǔn)。

將上述溶劑可溶物-四氯化碳溶液注入固定密封式液池，進(jìn)行3次光譜采集，得到待測樣品的平均紅外光譜圖。選用樣品中C—F鍵特征吸收峰所在的光譜區(qū)域1 400～1 000 cm-1作為定量分析信息區(qū)，用TQ Analyst V8定量分析軟件計算該信息區(qū)紅外光譜面積作為樣品的吸光度A，對照標(biāo)準(zhǔn)工作曲線確定氟r的質(zhì)量濃度ρ(F)，按下式計算試樣中溶劑可溶物氟的質(zhì)量分?jǐn)?shù)w(F)：w(F)=ρ(F)V×100%/m。

2 結(jié)果與討論

2.1 建立工作曲線

用比耳定律對7張平均譜圖進(jìn)行計算，以樣品中C—F鍵的質(zhì)量濃度ρ(C—F)為橫坐標(biāo)，相應(yīng)的吸光度A為縱坐標(biāo)建立工作曲線。結(jié)果顯示，當(dāng)ρ(C—F)＞12.72 mg/mL時樣品的濃度和吸光度不符合比耳定律。該工作曲線的有效檢測范圍為ρ(C—F)＝1.3～13 mg/mL，用1～5號標(biāo)準(zhǔn)溶液的譜圖數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，根據(jù)比耳定律建立工作曲線（如圖2），相關(guān)系數(shù)為0.987。

2.2 結(jié)果驗證

為驗證氟含量紅外分析檢測方法的準(zhǔn)確性，采用氟離子選擇電極法進(jìn)行檢測，計算方法回收率，回收率在85%～105%時視為可接受。實測結(jié)果見表1，回收率分別為102.7%和104.1%，均在可接受范圍內(nèi)。

表1 方法比對結(jié)果Tab 1 The methods comparation

3 結(jié)語

利用紅外光譜法，通過建立氟含量定量分析標(biāo)準(zhǔn)工作曲線，選擇C—F鍵特征吸收峰所在的1 400～1 000 cm-1光譜區(qū)域作為定量分析信息區(qū)，當(dāng)C—F的質(zhì)量濃度為1.3～13 mg/mL時，線性回歸方程為A=1.04[ρ(C—F)/(mg·mL-1)]+5.15（R2=0.987）；與氟離子選擇電極法對比，回收率在可接受范圍內(nèi)。對涂料溶劑可溶物氟含量進(jìn)行定量的分析方法具有方便、快捷的特點，能滿足氟含量分析。

[1]劉洪珠.氟含量與氟碳涂料性能關(guān)系淺析[J].現(xiàn)代涂料與涂裝,2005,8(3):4-6.

[2]李雅波,劉錫純.氟樹脂涂料中氟含量測定方法的[J].涂料工業(yè),2006,36(5):52-53.

[3]吳瑾光.近代傅里葉變換紅外光譜技術(shù)及應(yīng)用:上卷[M].北京:科學(xué)技術(shù)文獻(xiàn)出版社,1994:670-671.

Study on Fluorine Content Determination of Fluorocarbon Coatings by Infrared Spectroscopy Analysis

Xu Yunli,Sheng Chunqi

(Zhejiang Test Academy of Quality and Technical Supervision;Hangzhou Normal University,Hangzhou 310036)

Fluorine content can directly affect the quality of fluorocarbon coating.This paper introduces infrared spectroscopy method to analysis fluorine content of solvent soluble substance of fluorocarbon coatings，though establish quantitative analysis standard working curve of fluorine content，and choose the area of C-F characteristic absorption peaks as quantitative analysis information area.Use the method of fluorin ion electrode to verify the accuracy of the results.The result shows that when the mass concentration of ρ（C-F）=1.3～13 mg/mL,equation of linear regression is A=1.04[ρ(C—F)/(mg·mL-1)]+5.15（R2=0.987）,compare with fluoro-ion selective electrode the yield is acceptable and the method is simple,feasible,accurate and reliable.

fluorocarbon coatings;fluorine conten of solvent soluble substance;infrared spectroscopy analysis;quantitative

O657.33

ADOI10.3969/j.issn.1006-6829.2011.03.003

2011-03-03；

2011－04－02