例2:用500g的某起始剂合成5000g聚醚,由于脱水工序效率降低,使起始物料中含水达0.5% (水分指标为0.05%)。试估计这对产品羟值会产生多大影响?
可见,0.5%的水份会使产品羟值升高约3mgKOH/g。4 羟值与聚醚的分子量
聚醚是高聚物。高聚物的分子量是高聚物的重要结构指标之一,对高聚物本身的性能和它的应用性能起着决定性的作用。由于高聚物的分子量具有不均一性和多分散性,常常使用它的平均分子量。在聚醚合成工业,主要使用聚醚的数均分子量控制生产(以下简写为分子量)。聚醚的分子量用端基滴定法测得。这种方法与其它物理方法比较,不需要复杂的仪器设备和复杂的计算,而且测定结果具有一定的准确性。聚醚的端基是羟基,用端基滴定法测分子量的步骤是:先测出聚醚样品中羟基的含量-羟值,然后根据聚醚分子中的羟基数(即官能度)及羟值计算出聚醚的分子量。计算公式为:
式中:56100-1摩尔羟基相当的mgKOH数,mgKOH;n-聚醚的官能度(即分子中的羟基数); OHV-聚醚的羟值,mgKOH/g; M-聚醚的分子量
从上述可以看出,羟值是测定值,分子量是导出值。很显然这也是用羟值的浓度含义进行计算比用化学计量法计算要方便的原因之一。例3说明羟值作为测定值用于计算的优越性。
例3:用500gOHV=560mgKOH/g的中间体合成羟值为56mgKOH/g的聚醚。按理论值加入4500g单体。因未考虑付反应的影响,仅得到羟值为59mgKOH/g的聚醚。请估算需补加多少单体才能得到合格的聚醚产品(设单体含水是合格的)。
解:对补加单体前后列羟基衡算式:
(500+4500)×59=(500+4500+X)×56 解方程得:X=268g
若按化学计量关系计算,则需列反应方程式,还要把羟值都转换为分子量,然后按化学反应方程式表示的化学计量关系进行计算。计算过程要复杂得多。
如果起使剂是复合起使剂,则(5)式中的n是聚醚的平均官能度。 5 羟值与聚醚的链长
式中M/n是聚醚羟基链的平均长度,或称为羟基当量。从(6)可以看出,羟值是聚醚羟基当量的另一种表示方法。也可以说,知道了羟值就可以知道聚醚的平均链长。从根本上说,在排除单体和起始剂的影响后,决定聚醚性能的是聚醚的官能度和链长,而分子量是由这两个因素共同决定的,因而仅仅了解分子量是不够的。链长也是聚醚的重要结构参数之一,而且有时用聚醚的链长讨论问题,要比用分子量更形象,更直观。通过羟值可以直接了解聚醚的链长,掌握聚醚的结构。这也是羟值的应用之一。
例4是利用链长估算产量的例子。计算时是把按给定比例组成的一组聚醚分子当做一个分子。其官能度是这一组聚醚的总官能度,其链长是由给定羟值换算的。计算过程中根本不涉及聚醚的分子量。这种方法特别适合复合起始剂聚醚。
例4:按双酚A:蔗糖:甘油=6:0.2:1(摩尔)的比例合成OHV=400mgKOH/g的聚醚。请估算1吨双酚A能合成多少吨聚醚(理论值)。
解:以6摩尔双酚A,0.2摩尔蔗糖,1摩尔甘油为计算基础,列下表:
起始剂 双酚A 蔗糖 甘油 简写 A SU GN
官能度 2 8 3 分子量 228 342 92
提供羟基(摩尔): 6×2=12 8×0.2=1.6 3 总官能度: n=12+1.6+3=16.6 这一组起始剂产聚醚(g):142.25×16.6=2328
反应式:6A+0.2SU+GN+单体→PPG(OHV=400)
228×6 2328 比例式:228×6:2328=1:X解得:X=1.702(吨)
一吨双酚A可合成1.702吨聚醚 6 结束语
本文叙述的计算方法不仅可以简化计算过程,更重要的是通过对聚醚合成反应的解析,找出了羟值与合成反应所涉及的各个数量的直接关系。这为查找造成反应不正常的原因,提供了有益的线索。比如,当产品实际羟值高于设计值时,可以从单体的加入量、单体含水量、含羟基物料漏入或链端失水倾向增加等引入羟基的因素去查找。若低于设计值,可以从起始剂是否流失、单体加入量是否超标等减少羟基或降低羟基浓度的因素去查找。所以本文所叙述的,不仅仅是计算方法,重要的是对聚醚合成过程的深入认识和理解。
参考文献
[1]聚氨酯泡沫塑料,化学工业出版社,方禹声等编 [2]GB12008.3-89,聚醚多元醇中羟值测定方法[3]ASTM D2849-69,(1975年重新确认)
[4]高分子实验技术,复旦大学化学系高分子教研组编83年9月

