竇和琴，景欣欣

（蘇州禾川化學技術服務有限公司，江蘇 蘇州 215123）

一種固體表面施膠劑的化學分析方法

竇和琴，景欣欣

（蘇州禾川化學技術服務有限公司，江蘇 蘇州 215123）

固體表面施膠劑是由多種無機物及有機物復配而成，用于提高瓦楞紙的環(huán)壓強度及抗水防潮性能。該文介紹了一種固體表面施膠劑的化學分析方法，主要利用多種化學分析儀器（紅外分光光度計、X射線衍射儀和布魯克核磁共振儀）對一款固體表面施膠劑中的各種物質進行定性及定量分析。

表面施膠劑；化學分析儀器；分析方法

如今，大量使用廢紙生產瓦楞原紙，而多次使用的廢紙成紙后其力學性能會大大下降，因此，造紙企業(yè)越來越注重其表面工藝的研究，在瓦楞紙抄造過程中經常采用表面施膠的工藝來提高環(huán)壓強度[1-2]。目前，所有的表面施膠都需要用到大量的淀粉[3]，隨著淀粉價格的攀升，逐漸出現(xiàn)了一類新型固體施膠劑，該類固體施膠劑以硫酸亞鐵為主要物質，輔以一定量的葡萄糖酸鈉、硼砂及其他金屬鹽作為效果增強劑，其微量成分未見明顯報道。該類產品加入淀粉液中能與淀粉液發(fā)生高度交聯(lián)，在淀粉分子上接枝成疏水基團，從而有效地提高瓦楞原紙的表面抗水性能，可部分替代淀粉。

本文利用多種化學儀器對這些新型表面施膠劑的成分進行了精確分析與定量，可從中獲取一些有用的信息，以輔助企業(yè)開發(fā)或優(yōu)化表面施膠劑的成分或工藝，降低生產成本。

1 實驗部分

1.1 原料與儀器

固體表面施膠劑（以下簡稱“施膠劑”），綠色粉末型；乙二胺四乙酸標準溶液（EDTA），量濃度為0.01 mol/L；磺基水楊酸鈉，分析純；過氧化氫，質量分數(shù)28%。

紅外分光光度計，X射線衍射儀，布魯克400 M的核磁共振儀，X射線熒光光譜分析儀，電感耦合等離子體、離子色譜儀。

1.2 施膠劑的分析與測試

1.2.1 施膠劑的物理性質

考察施膠劑的顏色、狀態(tài)、氣味、水溶性和水溶液的pH。

1.2.2 紅外光譜分析

取少量施膠劑粉末放入研缽中與KBr混合研細，用壓片機壓成薄片，放入紅外分光光度計中測試。

1.2.3 晶型分析

用廣角X射線衍射儀（XRD）測得衍射圖，掃描范圍為1～85°，并與標準卡片進行對比。

1.2.4 X射線熒光光譜（XRF）分析

取少量施膠劑粉壓片，放入XRF分析儀中測試。由于X射線熒光光譜儀對輕元素識別較弱，本檢測方法僅能識別原子序數(shù)13及以上，即碳元素及以上的元素，且為定性及半定量分析。

1.2.5 氫譜核磁測試

在XRF、XRD測試完成、了解本樣品中的元素組成后，再進行核磁測試。核磁測試的樣品需確保不含順磁性物質，通常若含有金屬元素，在調節(jié)pH使金屬離子沉淀完，剩余物除水烘干，在Bruker 400 M核磁共振儀上以D2O為溶劑測定。

1.2.6 離子色譜（IC）測試

對樣品硝解后，定性分析樣品中含有的陰離子。離子色譜測試的陰離子的標樣有硫酸根、硝酸根、磷酸根、氟離子、氯離子、溴離子和碘離子，通過IC陰離子的檢測，可在一定程度上了解樣品中金屬陽離子的存在形式，檢出限為10 mg/L。

1.2.7 電感耦合等離子體（ICP）測試

在XRF測試完成后，依據(jù)測試結果，對樣品硝解后，對每種金屬元素進行特定元素的定量分析，檢出限為10 mg/L。

1.2.8 化學滴定

在對XRF測試數(shù)據(jù)完成后，進行金屬離子的滴定分析，進行三價鐵離子與總鐵的滴定。采用絡合滴定方法：以磺酸水楊酸鈉為指示劑，EDTA標準溶液滴定三價鐵，用過氧化氫氧化樣品中二價鐵和三價鐵，再以同樣的方法滴定，二者之差為二價鐵的含量，有關計算式如下：

式中：V為滴定時EDTA標準溶液消耗體積，mL；C為EDTA標準溶液量濃度，mol/L；m為所取樣品質量，g；55.85為鐵的摩爾質量，g/mol。

1.2.9 姜黃試紙檢驗硼

酸性條件下，試紙由黃變棕，用氨水或氫氧化鈉堿化時，棕色斑點變?yōu)槟G色，考慮到鐵離子的影響，調整樣品pH，將鐵離子除去，然后，再調整酸堿性，檢驗硼。

2 結果與討論

2.1 施膠劑的物理性質施膠劑的物理性質如表1所示。

表1 施膠劑的物理性質

經文獻與專利的查閱，該施膠劑可能是以硫酸亞鐵為主要成分并輔以多種無機物及有機物復配而成的體系。

2.2 施膠劑的紅外光譜

圖1是表面施膠劑的紅外光譜圖。圖中，波數(shù)1 650 cm-1處為水的特征吸收峰，1 100 cm-1是硫酸根的特征吸收峰，該樣品可能為硫酸鹽。

圖1 表面施膠劑的紅外光譜圖

2.3 施膠劑的晶型

圖2是施膠劑的X光廣角衍射儀測得衍射圖。

圖2 表面施膠劑的XRD測試圖

圖2與標準卡片比較，確定為硫酸亞鐵七水合物為主要成分，同時還含有硫酸錳等。

2.4 XRF測試

本施膠劑經紅外光譜測試與XRD測試，其主要成分是硫酸亞鐵。為檢測其他元素，進行了X熒光光譜分析，分析結果如表2所示。

表2 施膠劑的XRF測試結果 w/%

由表2可知，本施膠劑中除含鐵、硫元素，可驗證其主要成分為硫酸亞鐵，還含有鈉、鈦、鋁、硅、錳和鎂元素，以元素的存在形式也可能為硫酸鹽，為此需進一步驗證。

2.5 ICP測試

XRF元素測試僅能定性及半定量檢測元素，為精確定量，我們采用將一定量的樣品濕法硝解，進行ICP測試，測試結果如表3所示。

表3 施膠劑的ICP測試結果 w/%

2.6 IC測試

施膠劑在水中完全可溶，因此，金屬陽離子應當以金屬鹽的形式存在，通過IC測試，可以了解施膠劑中的陰離子，以進一步確定其組成。表4為樣品中陰離子測試結果。

表4 表面施膠劑的IC測試結果 w/%

2.7 核磁共振測試

施膠劑含有大量鐵元素，鐵元素具有順磁性，對核磁出峰影響較大，本品的處理方法為：將樣品溶于水，加氫氧化鉀（鈉）溶液調節(jié)pH，使鐵離子以氫氧化鐵的形式沉淀，剩余物除水烘干，在重水中進行核磁測試，圖3為樣品的核磁共振譜圖。

圖3 施膠劑的1H NMR譜圖

圖3中的δ為3.5～4.1的特征峰分別對應葡萄糖酸鈉中5個質子的化學位移。

2.8 化學滴定

以絡合滴定法測定鐵，三價鐵的含量為質量分數(shù)0.3%，總鐵的含量為質量分數(shù)17.5%，因此，施膠劑中二價鐵的含量為質量分數(shù)17.2%。

2.9 硼的檢測

姜黃試紙在酸性條件下為紅色，浸入氫氧化鈉溶液中，顏色由紅變?yōu)榫G，證明有硼酸鹽存在，由于硼酸鹽的含量較低，因此需濕法硝解，得用ICP測試進行定量分析。

3 結論

本文通過多種化學分析儀器的聯(lián)合使用，對市售的一款固體表面施膠劑進行成分分析，本文的實驗方法可給企業(yè)研發(fā)人員提供一定的技術方法支持。

根據(jù)具體的定性分析及定量分析結果，考慮到儀器的檢出限及波動，具體的含量可能在標準值附近，因此，樣品的物質組成及含量為：硫酸亞鐵87.0%～87.5%，硫酸鐵1.2%～1.5%，硼砂十水合物2.6%～3.0%，硫酸鎂七水合物2.2%～2.4%，葡萄糖酸鈉1.0%～1.5%，硫酸錳一水合物0.6%～0.8%，水3.5%～4.0%（硫酸亞鐵具有吸水性）。依據(jù)本成分表配樣，給客戶試用，其效果與原樣比，相似度達到90%。除此之外，XRF測試中含有少量的鈦元素與硅元素，可能來源于原材料工業(yè)品中的雜質。

［1］ 韓卿，王亞娟，黃文江，等.瓦楞原紙的環(huán)壓強度及其提高途徑［J］.中國造紙，2006，25（12）：49-53.

［2］ 胡惠仁，徐立新，董榮業(yè).造紙化學品［M］.北京：化學工業(yè)出版，2002.

［3］ 陳夫山，鄭剛，宋曉寧.淀粉-無機鹽體系表面施膠對瓦楞原紙應用性能的影響［J］.中國造紙，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

竇和琴（1987-），女，碩士研究生；研究方向：造紙化學品；電話：0512-80969400；E-mail：douheqin @163.com。

2016-11-07（修回）

本文文獻格式：竇和琴，景欣欣．一種固體表面施膠劑的化學分析方法[J]．造紙化學品，2016，28（6）：24-27．