水分的危害

在塑料軟包裝的復(fù)合和印刷中，需要用到很多溶劑，它們本身的質(zhì)量對產(chǎn)品有很大影響，其中水分含量是關(guān)系產(chǎn)品質(zhì)量的重要因素之一。以乙酸乙酯溶劑為例，因為每摩爾的水分會消耗同樣摩爾的固化劑。換言之，在復(fù)合生產(chǎn)中，1份水分會消耗18份的固化劑，所以微量的水分存在會造成很大破壞。據(jù)相關(guān)資料記載，乙酸乙酯水分含量的過大可以對復(fù)合質(zhì)量造成以下影響：

（1）水分消耗固化劑，使主劑、固化劑配比不準(zhǔn)確，影響產(chǎn)品固化，會出現(xiàn)發(fā)粘現(xiàn)象。

（2）由于水分與固化劑的反應(yīng)，快速生成二氧化碳，限制粘合劑的浸潤，也容易使產(chǎn)品出現(xiàn)氣泡。

（3）水分奪取固化劑，能導(dǎo)致粘合劑生成內(nèi)聚強度比較高的聚氨酯脲（R-NHCOHN-R），導(dǎo)致產(chǎn)品易出現(xiàn)晶點和變硬現(xiàn)象。

（4）水分溶入溶劑，使乙酯揮發(fā)速度減慢，使粘合劑的鋪展速率，和硬化速率受到影響，也容易導(dǎo)致溶劑殘留。

乙酯中的水分來源主要有兩個渠道，其一是產(chǎn)品本身自帶，如我國《GB3728-91工業(yè)乙酸乙酯》中規(guī)定，優(yōu)等品水分含量小于1000ppm，一等品水分含量小于2000ppm，合格品水分含量小于4000ppm，在市售乙酯中，這些水分都是不可避免的。據(jù)筆者經(jīng)驗，購買時選擇優(yōu)等品的乙酯，考慮到存放因素，在復(fù)合前應(yīng)使水分含量不大于2000ppm，這樣才能保證復(fù)合質(zhì)量。其二，乙酯在存放過程中吸收的水分，因為乙酯屬于易揮發(fā)液體，在揮發(fā)過程中需要吸收熱量，表層乙酯的急速揮發(fā)主要熱量來源就是空氣中水蒸氣的凝結(jié)放熱，而凝結(jié)的水分則很快溶入乙酯中，進一步增加了其水分含量，這在夏季空氣相對濕度大于80％時尤為突出。鑒于這種情況，在復(fù)合前事先測定乙酯中的水分含量就顯得非常重要了。

各種水分測定儀的比較

市售的水分測定儀有很多，按測試方法分有以下幾種：

紅外法類儀器，體積小，測定范圍比較寬，度差，適合水分含量5%－90%的木材、紙張等材料的測定，結(jié)構(gòu)簡單，價格低廉。

卡爾費休庫侖法類儀器，主要原理：利用化學(xué)反應(yīng)后電導(dǎo)率變化計算，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，體積較大，測定度zui高，適合水分含量在100PPm以下的測定。它一般用于陰離子聚合等對水分有非常嚴(yán)格要求的化工、醫(yī)藥等行業(yè)產(chǎn)品測定，或用于多頻次的大型彩印廠使用，價格較貴。

卡爾費休容量法，結(jié)構(gòu)比較簡單，體積和度適中，適合水分含量10PPm－10％的測定，一般用于對水分有嚴(yán)格要求的化工、醫(yī)藥和包裝等行業(yè)產(chǎn)品測定，價格從數(shù)千元到數(shù)萬元不等。

可以看出，對于一般軟包裝行業(yè)，在測定乙酸乙酯等溶劑的水分含量時，使用卡爾費休容量法水分測定儀*可以滿足每日2－10次測定的要求，且經(jīng)濟性比較好。

卡爾費休容量法水分測定的測定原理

卡爾費休容量法測定水分含量時，主要依據(jù)電化學(xué)反應(yīng)：

I₂＋2e →2I^-

在反應(yīng)池的溶液中同時存在I₂和I^- 時，該反應(yīng)在電極的正負兩端同時進行，即在一個電極上I₂被還原，而在另一個電極上I-被氧化，因此在兩個電極之間有電流通過。如果溶液中只有I-而無I₂同時存在，則兩個電極間沒有電流通過。

卡爾費休試劑中含有效成分吡啶和碘等物質(zhì)，把其計量滴入反應(yīng)池，能與待測溶液中的水發(fā)生如下化學(xué)反應(yīng)：

H2O＋SO2＋I2＋3C5H 5N→2C5H5N·HI＋C5 H5N·SO3

    C5H5N·SO3+CH3 OH→C5H5N·HSO4CH3

   C5H5N·HI→C5H5N·H++ I-

該反應(yīng)持續(xù)進行，不斷消耗水，生成I-，一直到反應(yīng)滴定終點，水分消耗完畢。這時，溶液有微量未發(fā)生反應(yīng)的卡爾費休試劑存在，才能發(fā)生I2和I-同時存在的情況，兩個鉑電極之間的溶液開始導(dǎo)電，由電流指示達到終點，停止滴定。從而通過計量已消耗的卡爾費休試劑體積（容量）來標(biāo)定溶液中的水分含量。

卡爾費休電量法的測定原理

電量法，是基于將試樣溶于含有一定碘的特殊溶劑的電解液后，水即消耗碘，但所需的碘不再是用已標(biāo)定過的含碘試劑去進行滴定，而是通過電解過程，使溶液中的碘離子在陽極氧化為碘：

2I¯—2e ─→I2

所產(chǎn)生的碘又與樣品中的水反應(yīng)。其終點用雙鉑電極指示。當(dāng)電解液中碘濃度恢復(fù)到原定濃度時，停止電解。然后根據(jù)法拉第電解定律：

     C     M    i·t

m=---------×----- = ---------

   96500    n   10722

計算出待測試樣的水分含量。

選購水分測定儀的注意事項

對于市售的各種卡爾費休容量法水分測定儀，建議軟包裝廠家根據(jù)性價比排列，選擇購買時注意以下幾點：

1、                 選擇時考慮自動型儀器。手動的水分測定儀需要試驗者對玻璃滴定管中的試劑進行目測，在達到終點后也需要手動關(guān)閉，因各人動作習(xí)慣不同而遲延，會帶來不必要的誤差。

2、                 選擇時應(yīng)考慮購買全密閉測試系統(tǒng)。裸露的卡爾費休試劑因為碘的存在，非常容易吸收水分，待測乙酯樣品和甲醇溶劑也應(yīng)盡量避免空氣中水分溶入而產(chǎn)生誤差的情況。

3、                應(yīng)考慮計量泵的壽命問題。計量泵是屬于容量法水分儀的關(guān)鍵部分，卡爾費休試劑又是腐蝕性很高的試劑，應(yīng)盡量選購由氟塑料等耐腐蝕的材料制成的計量泵，防止產(chǎn)生泄漏，導(dǎo)致儀器的報廢。

4、                電極問題。該部分屬于儀器的核心部件，一方面應(yīng)具有較高的靈敏度，另一方面，因其測試時浸泡在試驗池中，選擇配備的鉑電極儀器，以保持電極壽命。

另外，要得到的測試結(jié)果，水分測定儀在使用過程中除了要嚴(yán)格按照規(guī)程操作外，還應(yīng)該注意以下問題（以ZD-2型全自動水分測定儀為例）：

■        系統(tǒng)全密閉問題?？栙M休試劑液路部分連接一定要緊固，從試劑瓶到計量泵再到反應(yīng)池，否則發(fā)生試劑泄漏將直接影響測試結(jié)果。其不密閉的另一個問題是測試時由于卡爾費休試劑在試驗中吸收空氣水分，會導(dǎo)致滴定終點延遲。

■        取樣的準(zhǔn)確問題。在標(biāo)定卡爾費休試劑時需要取用10mg水，盡量使用10ul取樣器，這樣不但準(zhǔn)確、速度快，還能夠防止水滴粘附。同樣地，取用甲醇試劑、乙酯也有類似的問題，取放完畢后應(yīng)注意盡量縮短反應(yīng)池打開的時間。

■        磁性攪拌速度調(diào)整。在反應(yīng)池中，因為滴定試劑加入時在局部，與電極不在一處，因此攪拌速度以快到不形成湍流為止，這樣可以zui快達到終點。

■        滴定速度設(shè)定應(yīng)先快后慢。滴定時先快速以盡量縮短試驗時間，而在接近終點時應(yīng)變慢，這樣可提高計量度。

■        當(dāng)日試驗完畢后，一定要排空系統(tǒng)中的卡爾費休試劑，然后用甲醇清洗干凈，千萬不能用水清洗系統(tǒng)，因為其不容易揮發(fā)，將造成下次試驗時卡爾費休試劑標(biāo)定不實。

■        水分測定儀應(yīng)該遠離強磁場，避免工作時電子顯示跳動，出現(xiàn)不正?，F(xiàn)象。

手動的水分測定儀，因為必須使用玻璃自動滴定管計量卡爾費休試劑和甲醇溶劑，而玻璃滴定管本身因為平衡壓力的關(guān)系，又必須與外界接通。除了上面需要注意的方面外，在使用時，還應(yīng)該注意以下兩點：

■        系統(tǒng)盡量密閉。手動的水分測定儀需要在吸球管路和玻璃滴定管上口加接填充干燥劑的U型管，以便減少空氣水分對測試結(jié)果的干擾。在空氣相對濕度大于70%的環(huán)境下，應(yīng)盡量不安排水分測試。

■        在調(diào)整滴定管的滴定速度時，調(diào)整到1滴/秒。滴定速度太快將導(dǎo)致到達終點時產(chǎn)生的延時誤差較大；而滴定速度太慢則會延長測試的過程，上述干擾容易導(dǎo)致遲遲不到達終點。

卡爾費休容量法水分測定過程

在卡爾費休容量法水分測定儀中，有幾種可供選擇的種類，其連接、測定也有所不同，但測定的基本過程相似。以北京蘭德梅克公司的ZD-2型全自動水分測定儀為例，其測定過程如下：

1、              消除溶液空白

在反應(yīng)池中加入無水甲醇試劑10－15ml（浸沒電極），打開滴定管開始注液，將卡爾費休試劑注入反應(yīng)池，直至甲醇中的微量水分*反應(yīng)完畢，儀器將自動停止并發(fā)出報警聲。

2、             標(biāo)定卡爾費休試劑

按復(fù)零鍵，用容量為10ul的取樣器取10mg（10ul）蒸餾水放入反應(yīng)池中，按滴定開始鍵，儀器開始自動滴定，到達終點時蜂鳴器響，到達終點時指示燈亮，此時數(shù)碼管顯示的就是10mg水所消耗的卡爾費休液的體積數(shù)，由此可計算出每毫升卡爾費休消耗的水的量。

 F=10/A

式中：F－每毫升卡爾費休溶液消耗水的量

10—稱取水的質(zhì)量（毫克）

        A一滴定所消耗的卡爾費休試劑的量

3、             測定水分含量

按復(fù)零鍵，用取樣器取10ml被測的乙酸乙酯（或甲苯），加入反應(yīng)池中。按滴定開始鍵，開始進行滴定，到達終點時蜂鳴器響，終點指示燈亮，其結(jié)果按下式計算：

水分含量=A1×F／10000

式中：A1一樣品所消耗的卡爾費休溶液的體積量

F一每毫升卡爾費休液消耗水的質(zhì)量

10000指加入10ml乙酸乙酯（或甲苯）重量的質(zhì)量數(shù)。

上述兩步反應(yīng)式綜合計算得：乙酯水分含量＝

可以看出，上述試驗過程快速，計算簡單，原理容易理解。該試驗方法除用于乙酸乙酯外，同樣可以方便地用于其他有機溶劑如甲苯、二甲苯等。

測定溶劑中的水分含量，不但可事先避免生產(chǎn)中的質(zhì)量問題，把損失降低到zui小程度，而且可與原料生產(chǎn)廠家進行有據(jù)交涉，退換不適用的溶劑。