氟碳涂料氟含量的红外测定方法研究

徐芸莉 盛春荠

（1.浙江省质量技术监督检测研究院，310007；2.杭州师范大学，310036：杭州）

氟化工

氟碳涂料氟含量的红外测定方法研究

徐芸莉1盛春荠2

（1.浙江省质量技术监督检测研究院，310007；2.杭州师范大学，310036：杭州）

采用红外光谱通过建立氟含量定量分析标准工作曲线，选择C—F键特征吸收峰所在的1 400～1 000 cm-1光谱区域作为定量分析信息区，对涂料溶剂可溶物氟含量进行定量分析，并用氟离子电极法对结果准确性进行验证。结果表明，当C—F的质量浓度为1.3～13 mg/mL 时，线性回归方程为 A=1.04[ρ(C—F)/(mg·mL-1)]+5.15（R2=0.987）；与氟离子选择电极法对比，回收率在可接受范围内。该方法简单可行、准确可靠，可用于涂料溶剂可溶物氟含量。

氟碳涂料；溶剂可溶物氟含量；红外光谱分析；定量

氟碳涂料是指其树脂分子结构中含有氟原子，并以氟碳（F—C）键形式存在的涂料产品。因其具有良好的附着力与超群的耐候性、耐污染性，而被誉为“涂料王”，虽然开发只有20多年的历史，但在各行各业使用已越来越广泛[1]。

目前市场上氟碳涂料产品良莠不齐，存在着以次充好、以假乱真的现象，如根本不存在氟碳树脂的丙烯酸聚氨酯产品、或仅添加了极少量含氟单体改性树脂的产品也被称之为“氟碳涂料”。氟含量对产品质量好坏直接起到作用，检测氟含量可帮助识别氟碳涂料的真伪。

目前氟含量测定一般采用氟离子电极法，这种方法存在繁琐、耗时长、干扰因素多等缺点[2]。本研究就采用红外光谱测定氟含量进行探讨。

1 实验部分

1.1 原理

试样经离心分离，取清液部分烘干后测定溶剂可溶物含量；用溶剂稀释上述溶剂可溶物，定容后用于采集红外光谱，确定C—F特征吸收峰所在的有效分析区域，通过定量分析软件测定C—F吸收峰的红外光谱面积，对照氟含量定量分析标准工作曲线确定溶剂可溶物稀释溶液中的氟含量，计算出试样中溶剂可溶物的氟含量。

1.2 仪器和试剂

傅立叶红外光谱仪：Nicolet 5700，固定密封式液池（池厚 0.5 mm）；离心机：转速 5～15 kr/min。

全氟辛烷（质量分数为98%）；溶剂二甲苯、丙酮、四氯化碳，均为分析纯；氟碳树脂：三氟氯乙烯系氟碳树脂（均为国产）和四氟乙烯系氟碳树脂（分为国产和进口2种）；氟碳涂料：自制，分为色漆和清漆。

1.3 氟标准工作溶液的制备

精确称取全氟辛烷（质量分数98%）2.4 mL置于100 mL容量瓶中，用四氯化碳溶解并稀释至刻度，此溶液1 mL含氟31.8 mg。 分别移取 0.4、1、2、3、4、6、8 mL上述溶液置于 10 mL容量瓶中，用四氯化碳稀释至刻度，构成一系列标准溶液，用于红外光谱定量分析。

1.4 光谱采集

1.4.1 样品离心处理

取适量试样置于离心管中（可根据实际离心分离效果，自行确定称样量和离心管容量），加入二甲苯和丙酮（体积比1:1）混合溶剂，混合均匀后，置于离心机上，离心30～40 min，使颜填料沉降，离心次数视分离情况而定，取上层清液备用。该清液为氟碳涂料的溶剂可溶物，包含了涂料中氟树脂和溶剂成分。

1.4.2 光谱采集条件

红外光谱仪扫描波数为400～4 000 cm-1；扫描分辨率4 cm-1；扫描次数32。采用CCl4作为背景光谱。

1.4.3 标准工作溶液光谱采集

共配制7个标准工作溶液，每个样品分别进行3次光谱采集得到7个平均谱图（图1为C8F18的红外光谱图）。选用样品中C—F键特征吸收峰所在的1 400～1 000 cm-1光谱区域作为定量分析信息区。用TQ Analyst V8定量分析软件计算该信息区红外光谱面积作为吸光度A（样品中C—F的质量浓度表示为 ρ(C—F)）。

1.4.4 工作曲线与检测范围

根据比耳定律[3]：

式中，τ(λ)为光谱透射比，ρ为吸光物质的质量浓度，K为吸光系数，b为吸收层厚度。其物理意义是当样品溶液的光程固定时，溶液吸光度正比于吸光成分的质量浓度。

1.5 氟含量测定

取约5 g氟碳涂料，按1.4.1节进行离心分离，将上层清液转移至已烘干至恒量的蒸发皿中，在(105±2)℃下烘烤使溶剂完全蒸发至恒量，用于测定溶剂可溶物质量m。

用四氯化碳将溶剂可溶物稀释定容于合适的容量瓶中，混合均匀备用。其中定容体积V的确定以使溶剂可溶物-四氯化碳溶液的氟含量在标准工作曲线线性范围内为标准。

将上述溶剂可溶物-四氯化碳溶液注入固定密封式液池，进行3次光谱采集，得到待测样品的平均红外光谱图。选用样品中C—F键特征吸收峰所在的光谱区域1 400～1 000 cm-1作为定量分析信息区，用TQ Analyst V8定量分析软件计算该信息区红外光谱面积作为样品的吸光度A，对照标准工作曲线确定氟r的质量浓度ρ(F)，按下式计算试样中溶剂可溶物氟的质量分数w(F)：w(F)=ρ(F)V×100%/m。

2 结果与讨论

2.1 建立工作曲线

用比耳定律对7张平均谱图进行计算，以样品中C—F键的质量浓度ρ(C—F)为横坐标，相应的吸光度A为纵坐标建立工作曲线。结果显示，当ρ(C—F)＞12.72 mg/mL时样品的浓度和吸光度不符合比耳定律。该工作曲线的有效检测范围为ρ(C—F)＝1.3～13 mg/mL，用1～5号标准溶液的谱图数据进行处理，根据比耳定律建立工作曲线（如图2），相关系数为0.987。

2.2 结果验证

为验证氟含量红外分析检测方法的准确性，采用氟离子选择电极法进行检测，计算方法回收率，回收率在85%～105%时视为可接受。实测结果见表1，回收率分别为102.7%和104.1%，均在可接受范围内。

表1 方法比对结果Tab 1 The methods comparation

3 结语

利用红外光谱法，通过建立氟含量定量分析标准工作曲线，选择C—F键特征吸收峰所在的1 400～1 000 cm-1光谱区域作为定量分析信息区，当C—F的质量浓度为1.3～13 mg/mL时，线性回归方程为A=1.04[ρ(C—F)/(mg·mL-1)]+5.15（R2=0.987）；与氟离子选择电极法对比，回收率在可接受范围内。对涂料溶剂可溶物氟含量进行定量的分析方法具有方便、快捷的特点，能满足氟含量分析。

[1]刘洪珠.氟含量与氟碳涂料性能关系浅析[J].现代涂料与涂装,2005,8(3):4-6.

[2]李雅波,刘锡纯.氟树脂涂料中氟含量测定方法的[J].涂料工业,2006,36(5):52-53.

[3]吴瑾光.近代傅里叶变换红外光谱技术及应用:上卷[M].北京:科学技术文献出版社,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