一种固体表面施胶剂的化学分析方法

窦和琴，景欣欣

（苏州禾川化学技术服务有限公司，江苏 苏州 215123）

一种固体表面施胶剂的化学分析方法

窦和琴，景欣欣

（苏州禾川化学技术服务有限公司，江苏 苏州 215123）

固体表面施胶剂是由多种无机物及有机物复配而成，用于提高瓦楞纸的环压强度及抗水防潮性能。该文介绍了一种固体表面施胶剂的化学分析方法，主要利用多种化学分析仪器（红外分光光度计、X射线衍射仪和布鲁克核磁共振仪）对一款固体表面施胶剂中的各种物质进行定性及定量分析。

表面施胶剂；化学分析仪器；分析方法

如今，大量使用废纸生产瓦楞原纸，而多次使用的废纸成纸后其力学性能会大大下降，因此，造纸企业越来越注重其表面工艺的研究，在瓦楞纸抄造过程中经常采用表面施胶的工艺来提高环压强度[1-2]。目前，所有的表面施胶都需要用到大量的淀粉[3]，随着淀粉价格的攀升，逐渐出现了一类新型固体施胶剂，该类固体施胶剂以硫酸亚铁为主要物质，辅以一定量的葡萄糖酸钠、硼砂及其他金属盐作为效果增强剂，其微量成分未见明显报道。该类产品加入淀粉液中能与淀粉液发生高度交联，在淀粉分子上接枝成疏水基团，从而有效地提高瓦楞原纸的表面抗水性能，可部分替代淀粉。

本文利用多种化学仪器对这些新型表面施胶剂的成分进行了精确分析与定量，可从中获取一些有用的信息，以辅助企业开发或优化表面施胶剂的成分或工艺，降低生产成本。

1 实验部分

1.1 原料与仪器

固体表面施胶剂（以下简称“施胶剂”），绿色粉末型；乙二胺四乙酸标准溶液（EDTA），量浓度为0.01 mol/L；磺基水杨酸钠，分析纯；过氧化氢，质量分数28%。

红外分光光度计，X射线衍射仪，布鲁克400 M的核磁共振仪，X射线荧光光谱分析仪，电感耦合等离子体、离子色谱仪。

1.2 施胶剂的分析与测试

1.2.1 施胶剂的物理性质

考察施胶剂的颜色、状态、气味、水溶性和水溶液的pH。

1.2.2 红外光谱分析

取少量施胶剂粉末放入研钵中与KBr混合研细，用压片机压成薄片，放入红外分光光度计中测试。

1.2.3 晶型分析

用广角X射线衍射仪（XRD）测得衍射图，扫描范围为1～85°，并与标准卡片进行对比。

1.2.4 X射线荧光光谱（XRF）分析

取少量施胶剂粉压片，放入XRF分析仪中测试。由于X射线荧光光谱仪对轻元素识别较弱，本检测方法仅能识别原子序数13及以上，即碳元素及以上的元素，且为定性及半定量分析。

1.2.5 氢谱核磁测试

在XRF、XRD测试完成、了解本样品中的元素组成后，再进行核磁测试。核磁测试的样品需确保不含顺磁性物质，通常若含有金属元素，在调节pH使金属离子沉淀完，剩余物除水烘干，在Bruker 400 M核磁共振仪上以D2O为溶剂测定。

1.2.6 离子色谱（IC）测试

对样品硝解后，定性分析样品中含有的阴离子。离子色谱测试的阴离子的标样有硫酸根、硝酸根、磷酸根、氟离子、氯离子、溴离子和碘离子，通过IC阴离子的检测，可在一定程度上了解样品中金属阳离子的存在形式，检出限为10 mg/L。

1.2.7 电感耦合等离子体（ICP）测试

在XRF测试完成后，依据测试结果，对样品硝解后，对每种金属元素进行特定元素的定量分析，检出限为10 mg/L。

1.2.8 化学滴定

在对XRF测试数据完成后，进行金属离子的滴定分析，进行三价铁离子与总铁的滴定。采用络合滴定方法：以磺酸水杨酸钠为指示剂，EDTA标准溶液滴定三价铁，用过氧化氢氧化样品中二价铁和三价铁，再以同样的方法滴定，二者之差为二价铁的含量，有关计算式如下：

式中：V为滴定时EDTA标准溶液消耗体积，mL；C为EDTA标准溶液量浓度，mol/L；m为所取样品质量，g；55.85为铁的摩尔质量，g/mol。

1.2.9 姜黄试纸检验硼

酸性条件下，试纸由黄变棕，用氨水或氢氧化钠碱化时，棕色斑点变为墨绿色，考虑到铁离子的影响，调整样品pH，将铁离子除去，然后，再调整酸碱性，检验硼。

2 结果与讨论

2.1 施胶剂的物理性质施胶剂的物理性质如表1所示。

表1 施胶剂的物理性质

经文献与专利的查阅，该施胶剂可能是以硫酸亚铁为主要成分并辅以多种无机物及有机物复配而成的体系。

2.2 施胶剂的红外光谱

图1是表面施胶剂的红外光谱图。图中，波数1 650 cm-1处为水的特征吸收峰，1 100 cm-1是硫酸根的特征吸收峰，该样品可能为硫酸盐。

图1 表面施胶剂的红外光谱图

2.3 施胶剂的晶型

图2是施胶剂的X光广角衍射仪测得衍射图。

图2 表面施胶剂的XRD测试图

图2与标准卡片比较，确定为硫酸亚铁七水合物为主要成分，同时还含有硫酸锰等。

2.4 XRF测试

本施胶剂经红外光谱测试与XRD测试，其主要成分是硫酸亚铁。为检测其他元素，进行了X荧光光谱分析，分析结果如表2所示。

表2 施胶剂的XRF测试结果 w/%

由表2可知，本施胶剂中除含铁、硫元素，可验证其主要成分为硫酸亚铁，还含有钠、钛、铝、硅、锰和镁元素，以元素的存在形式也可能为硫酸盐，为此需进一步验证。

2.5 ICP测试

XRF元素测试仅能定性及半定量检测元素，为精确定量，我们采用将一定量的样品湿法硝解，进行ICP测试，测试结果如表3所示。

表3 施胶剂的ICP测试结果 w/%

2.6 IC测试

施胶剂在水中完全可溶，因此，金属阳离子应当以金属盐的形式存在，通过IC测试，可以了解施胶剂中的阴离子，以进一步确定其组成。表4为样品中阴离子测试结果。

表4 表面施胶剂的IC测试结果 w/%

2.7 核磁共振测试

施胶剂含有大量铁元素，铁元素具有顺磁性，对核磁出峰影响较大，本品的处理方法为：将样品溶于水，加氢氧化钾（钠）溶液调节pH，使铁离子以氢氧化铁的形式沉淀，剩余物除水烘干，在重水中进行核磁测试，图3为样品的核磁共振谱图。

图3 施胶剂的1H NMR谱图

图3中的δ为3.5～4.1的特征峰分别对应葡萄糖酸钠中5个质子的化学位移。

2.8 化学滴定

以络合滴定法测定铁，三价铁的含量为质量分数0.3%，总铁的含量为质量分数17.5%，因此，施胶剂中二价铁的含量为质量分数17.2%。

2.9 硼的检测

姜黄试纸在酸性条件下为红色，浸入氢氧化钠溶液中，颜色由红变为绿，证明有硼酸盐存在，由于硼酸盐的含量较低，因此需湿法硝解，得用ICP测试进行定量分析。

3 结论

本文通过多种化学分析仪器的联合使用，对市售的一款固体表面施胶剂进行成分分析，本文的实验方法可给企业研发人员提供一定的技术方法支持。

根据具体的定性分析及定量分析结果，考虑到仪器的检出限及波动，具体的含量可能在标准值附近，因此，样品的物质组成及含量为：硫酸亚铁87.0%～87.5%，硫酸铁1.2%～1.5%，硼砂十水合物2.6%～3.0%，硫酸镁七水合物2.2%～2.4%，葡萄糖酸钠1.0%～1.5%，硫酸锰一水合物0.6%～0.8%，水3.5%～4.0%（硫酸亚铁具有吸水性）。依据本成分表配样，给客户试用，其效果与原样比，相似度达到90%。除此之外，XRF测试中含有少量的钛元素与硅元素，可能来源于原材料工业品中的杂质。

［1］ 韩卿，王亚娟，黄文江，等.瓦楞原纸的环压强度及其提高途径［J］.中国造纸，2006，25（12）：49-53.

［2］ 胡惠仁，徐立新，董荣业.造纸化学品［M］.北京：化学工业出版，2002.

［3］ 陈夫山，郑刚，宋晓宁.淀粉-无机盐体系表面施胶对瓦楞原纸应用性能的影响［J］.中国造纸，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

窦和琴（1987-），女，硕士研究生；研究方向：造纸化学品；电话：0512-80969400；E-mail：douheqin @163.com。

2016-11-07（修回）

本文文献格式：窦和琴，景欣欣．一种固体表面施胶剂的化学分析方法[J]．造纸化学品，2016，28（6）：24-27．