一種可破乳化聚氧乙烯與聚氧丙烯烷基類(lèi)醚的樣品成分分析

陸偉星 ，伍林玲，李玉嬌，張千峰

(1. 上海梅山鋼鐵股份有限公司技術(shù)中心，江蘇 南京，210039；2. 安徽工業(yè)大學(xué) 分子工程與應(yīng)用化學(xué)研究所，安徽 馬鞍山 243002)

0 前 言

隨著新興產(chǎn)品的快速發(fā)展，對(duì)復(fù)雜特殊材料的成分或組分的樣品分析已經(jīng)成為分析化學(xué)的一個(gè)重要研究領(lǐng)域。對(duì)于復(fù)雜樣品中各個(gè)組分的精確分析，要用多種方法來(lái)鑒定這些組分，并通過(guò)多種手段進(jìn)行綜合分析，最后才能得到完整且可靠的結(jié)果，對(duì)于某些有具體特殊性能和特殊用途的材料往往還需要進(jìn)行針對(duì)性研究[1]。目前，對(duì)于有機(jī)組分的化學(xué)成分的定性和定量分析常用技術(shù)有：紅外和紫外吸收光譜、質(zhì)譜和核磁共振譜等；對(duì)于無(wú)機(jī)和金屬材料的分析常用技術(shù)有：X射線衍射能譜、X射線熒光光譜、原子吸收光譜、電感耦合等離子體發(fā)射光譜以及質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)等[2，3]。本工作詳細(xì)介紹了對(duì)于一種可破乳化聚氧乙烯與聚氧丙烯烷基類(lèi)醚的樣品成分分析，為該乳化劑在鋼板除油清洗的節(jié)能環(huán)?；瘧?yīng)用提供參考[4]。

1 試 驗(yàn)

1.1 主要儀器

分析測(cè)試主要采用的儀器有：DDS - 11C電導(dǎo)率儀、pH - 25S型酸度計(jì)、DJS - 1C型雷磁電導(dǎo)電極、Malvern Zetasizer Nano ZS90納米粒度儀、尼高力Nicolet6700傅立葉紅外光譜儀(ATR)、UV - 3600紫外/可見(jiàn)/近紅外分光光譜儀，Bruker AVANCE 400 MHz核磁共振儀。

1.2 主要試劑

實(shí)驗(yàn)室所用水均為純水設(shè)備系統(tǒng)制取的超純水。實(shí)驗(yàn)中用到的常規(guī)有機(jī)試劑如乙醇等，在使用前均需要進(jìn)一步純化除水，二氯甲烷(AR)，硫酸銅(AR)，烷基聚氧丙烯聚氧乙烯醚消泡劑7010(GR)，烷基酚聚氧乙烯聚氧丙烯醚(GR)?？善迫榛垩跻蚁┡c聚氧丙烯烷基類(lèi)醚，樣品的制備過(guò)程涉密。

1.3 樣品的電導(dǎo)率測(cè)試

在DDS - 11C電導(dǎo)率儀上使用光亮型DJS - 1C型雷磁電導(dǎo)電極對(duì)樣品進(jìn)行電導(dǎo)率測(cè)試，取樣品20 mL，倒入干燥的燒杯中，恒溫10 min，測(cè)定樣品的電導(dǎo)率，平行試驗(yàn)3次，測(cè)得的電導(dǎo)率取平均值，在同樣條件下，對(duì)比測(cè)試自來(lái)水和蒸餾水的電導(dǎo)率。

1.4 樣品的酸度測(cè)量

將酸度計(jì)的電極固定在電極架上，按要求接入儀器的相應(yīng)接口中，將電極浸入樣品溶液中，測(cè)定樣品的pH值，取出電極用蒸餾水沖洗、吸水紙擦干后，再浸入樣品溶液中，反復(fù)測(cè)量3次，取樣品pH值的平均值。

1.5 樣品的粒度測(cè)定

取樣品30 mL，過(guò)濾處理后備用，取部分處理后的樣品加入比色皿中，插入樣品槽，采用Zeta納米粒度儀對(duì)樣品的粒度進(jìn)行多次測(cè)定，取平均值，并同時(shí)測(cè)量乳濁液的粒度。

1.6 樣品的紅外光譜測(cè)試

將液體樣品試樣置于鹵化物晶片上，使試樣形成薄薄的液膜，采用傅立葉紅外光譜儀對(duì)樣品進(jìn)行紅外測(cè)試。

1.7 樣品的紫外光譜測(cè)試

采用UV - 3600紫外/可見(jiàn)/近紅外分光光譜儀對(duì)樣品進(jìn)行紫外測(cè)試，測(cè)試前用適量乙醇將樣品溶解，待用，取一定量溶解后的樣品，待儀器運(yùn)行穩(wěn)定后，以乙醇作為空白樣，再對(duì)樣品進(jìn)行紫外測(cè)試。

1.8 樣品的核磁光譜測(cè)試

取一定量的試樣用乙醇溶解，裝入核磁管待用，采用400 MHz核磁共振儀對(duì)樣品進(jìn)行核磁光譜測(cè)試。

1.9 樣品的脫脂率測(cè)定

取一定量的普通鋼板，在普通鋼板表面涂覆工業(yè)機(jī)油5W - 30，待用，取一定量樣品涂覆在處理后的鋼板表面，測(cè)試樣品的脫脂率，同時(shí)在涂覆工業(yè)機(jī)油5W - 30的鋼板上對(duì)比測(cè)試二氯甲烷的脫脂率。

1.10 樣品的耐硫酸銅腐蝕性能測(cè)定

取空白鋼板和鍍鋅鋼板若干，在鋼板表面涂覆樣品，形成一層液化膜，待用，對(duì)形成的液化膜進(jìn)行硫酸銅點(diǎn)滴實(shí)驗(yàn)，常溫下，在磷化后晾干的A3鋼板表面滴加一滴0.1 mol/L的CuSO4水溶液，同時(shí)按動(dòng)秒表，觀察、記錄液滴從藍(lán)色至全部變?yōu)闇\紅色的時(shí)間，測(cè)試3次并算出算術(shù)平均值。

1.11 電化學(xué)性能測(cè)試

取普通鋼板和鍍鋅鋼板若干，表面均勻涂覆樣品，使用恒電位儀分別對(duì)其進(jìn)行極化曲線測(cè)試，以飽和甘汞電極為參比電極，鉑片電極為輔助電極，掃描電壓范圍為-1.3～-0.2 V，測(cè)試在室溫下進(jìn)行，交流阻抗譜測(cè)試頻率范圍設(shè)定為1×(10-2～105) Hz，電路連接完成后進(jìn)行開(kāi)路電壓測(cè)試，待開(kāi)路電壓穩(wěn)定后再進(jìn)行交流阻抗譜測(cè)試，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)用ZView軟件進(jìn)行擬合。

2 結(jié)果與分析

2.1 樣品的電導(dǎo)率測(cè)試結(jié)果

樣品電導(dǎo)率測(cè)試結(jié)果如表1所示。

表1 樣品電導(dǎo)率測(cè)試結(jié)果

由表1可知，樣品的電導(dǎo)率與蒸餾水接近，說(shuō)明該樣品中不含有各類(lèi)陰陽(yáng)離子及基團(tuán)。

2.2 樣品的酸度測(cè)量結(jié)果

采用pH - 25S型酸度計(jì)測(cè)得樣品的pH值約為7.05，推測(cè)出該樣品為中性化合物。

2.3 樣品的粒度測(cè)定結(jié)果

使用Zeta電位與納米粒度分析儀對(duì)樣品的粒度和一滴油狀樣品溶于10 mL水中形成的乳濁液進(jìn)行測(cè)試，純樣品和乳還濁液的粒度分布圖分別見(jiàn)圖1和圖2，樣品粒度測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表2。

圖1 純樣品的粒度分布圖Fig. 1 Particle size distribution diagram of pure sample

圖2 乳濁液的粒度分布圖Fig. 2 Particle size distribution diagram of emulsion

表2 樣品粒度測(cè)試結(jié)果

由圖1可知，樣品粒度處于檢測(cè)限(10 nm)以下，推測(cè)樣品可能為均相真溶液。由圖2乳濁液測(cè)試結(jié)果可知乳濁液Z均粒度為2 372 nm。

2.4 樣品的紅外光譜測(cè)定結(jié)果

樣品的紅外光譜測(cè)試結(jié)果見(jiàn)圖3。從圖3中可以看出，該樣品在1 100.92 cm-1處顯示出聚氧乙烯醚鏈節(jié)強(qiáng)而寬的吸收，同時(shí)在1 347.99、948.80，885.81 cm-1處顯示出聚氧乙烯的相關(guān)組合振動(dòng)吸收特征峰，該樣品中長(zhǎng)碳鏈吸收特征峰分別出現(xiàn)在2 925.81、2 851.15、1 461.75、1 382.16，720.50 cm-1處，可知在該化合物中含有聚氧乙烯與丙烯鏈段[5，6]。

圖3 液膜狀樣的紅外光譜Fig. 3 The infrared spectrum of the the sample of liquid film

2.5 樣品的紫外光譜測(cè)定結(jié)果

圖4為樣品的紫外可見(jiàn)吸收光譜。由圖4可知，純樣品的紫外可見(jiàn)吸收光譜中幾乎沒(méi)有吸收峰，當(dāng)用乙醇稀釋后測(cè)定該樣品的吸收光譜仍沒(méi)有發(fā)現(xiàn)明顯的吸收峰，因此可推斷該樣品不含有苯環(huán)和具有π-電子特征的功能基團(tuán)[7]。

圖4 樣品的紫外可見(jiàn)吸收光譜Fig. 4 UV - Vis absorption spectrum of the sample

2.6 樣品的核磁光譜測(cè)定結(jié)果

圖5為該樣品的核磁共振譜，由圖5可以看出1H NMR(C2H5OH - d6，400 Hz)化學(xué)位移為3.56～3.65 ppm，結(jié)合圖3和圖4可知，該樣品中含有聚氧乙烯鏈段和丙烯烷基鏈段。

圖5 樣品的氫核磁共振譜Fig. 5 1H NMR spectrum of the sample

2.7 樣品的脫脂率測(cè)定結(jié)果

普通鋼板涂覆工業(yè)機(jī)油5W - 30后分別采用樣品和二氯甲烷涂覆在處理后的鋼板表面來(lái)測(cè)試脫脂率，計(jì)算公式見(jiàn)式(1)：

(1)

式中：P為脫脂率，W1為鋼板凈重，W2為涂覆機(jī)油后重量；W3為脫脂后重量。

樣品的脫脂實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表3所示。

表3 樣品的脫脂實(shí)驗(yàn)結(jié)果

由以上結(jié)果可知，該樣品的脫脂率與二氯甲烷接近，在鋼板表面處理中的脫脂效果較好。

2.8 樣品的耐腐蝕性能測(cè)定結(jié)果

2.8.1 硫酸銅點(diǎn)滴試驗(yàn)與分析

通過(guò)在普通鋼板上涂刷油品形成一層液化膜，對(duì)形成的液化膜進(jìn)行硫酸銅點(diǎn)滴試驗(yàn)，測(cè)定其耐腐蝕時(shí)間，根據(jù)耐腐蝕時(shí)間來(lái)確定液化膜的性能。硫酸銅點(diǎn)滴試驗(yàn)結(jié)果如表4所示。

表4 硫酸銅點(diǎn)滴試驗(yàn)結(jié)果

由表4可知，在普通鋼板上涂刷樣品，可以形成一層致密的保護(hù)膜，耐蝕時(shí)間高達(dá)300 s以上，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) GB/T 22316-2008(90 s)，但該樣品對(duì)鍍鋅板的耐腐蝕時(shí)間僅為12 s，表示其防腐性能較差，如用于制備改性的金屬加工乳化劑時(shí)，則需要補(bǔ)充一定含量水溶性的抗腐蝕性添加劑或助劑[8]。

2.8.2 極化曲線的測(cè)定與分析

鍍鋅板和普通鋼板在涂覆樣品前后的極化曲線分別如圖6、7所示，可以看出無(wú)論是鋼板還是鍍鋅板在涂覆樣品后自腐蝕電位均增大，說(shuō)明該樣品有一定的耐腐蝕性能。通過(guò)分析軟件Z - View計(jì)算可知鋼板的線性極化阻抗值為338 Ω·cm2，涂覆了液膜后，該值增大為687 Ω·cm2，鍍鋅板的線性極化阻抗值為749 Ω·cm2，涂覆了液膜后，該值增大為1 148 Ω·cm2，因此也能說(shuō)明該樣品有一定的抗腐蝕性能，但如需要對(duì)破乳化后的樣品再利用，仍需要補(bǔ)充抗腐蝕性添加劑或助劑[9]。

圖6 空白鍍鋅板與涂覆樣品后的極化曲線對(duì)比Fig. 6 Comparison of polarization curves of blank galvanized sheet and coated sample

圖7 空白鋼板與涂覆樣品后的極化曲線對(duì)比Fig. 7 Comparison of polarization curves of blank steel plate and coated sample

2.8.3 交流阻抗譜的測(cè)定結(jié)果

鍍鋅板和普通鋼板在涂覆樣品前后的交流阻抗譜分別如圖8和圖9所示。

圖8 空白鍍鋅板與涂覆樣品后的交流阻抗譜對(duì)比Fig. 8 Comparison of AC impedance spectrum of blank galvanized sheet and coated sample

圖9 空白鋼板與涂覆樣品后的交流阻抗譜對(duì)比Fig. 9 Comparison of impedance spectrum of blank steel plate and coated sample

從圖8和圖9可以看出，鍍鋅板和鋼板涂覆樣品后阻抗均變大，說(shuō)明具有一定的耐腐蝕性能。

3 結(jié) 論

一種可破乳化的聚氧乙烯與聚氧丙烯烷基類(lèi)醚樣品是一種表面活性極好的乳化劑，主要成分為非陰陽(yáng)離子表面活性劑，聚合物中的含聚氧乙烯與丙烯鏈段與蓖麻油聚氧乙烯醚、OP - 10(辛基酚聚氧乙烯醚)的性能和結(jié)構(gòu)類(lèi)似，作為一種表面活性極好的乳化劑，可應(yīng)用于鋼板大面積除油脫脂表面處理的環(huán)保方法，減少一些易揮發(fā)物在脫脂除油過(guò)程造成的環(huán)境污染，是值得大力推廣的產(chǎn)品。