ASTM D4274 Изпитване на полиуретанови суровини - Определяне на хидроксилните числа на полиолите

Стандартът ASTM D4274 „Методи за изпитване на полиуретанови суровини: определяне на хидроксилните числа на полиоли“, разработен от Американското дружество за изпитване и материали (ASTM), описва методи за изпитване за измерване на хидроксилни групи в полиестерни и полиетерни полиоли, съдържащи първични и вторични хидроксилни групи. Този стандарт е приложим и за много други вещества, съдържащи хидроксилни групи. Описаните методи за изпитване са следните:

• Метод на изпитване А Колба под налягане с оцетен анхидрид: Препоръчва се за полиестери.
• Метод за изпитване Б Колба под налягане с фталов анхидрид: Препоръчва се за полиетери и полиестери.
• Метод за изпитване C Рефлукс на фталов анхидрид: Препоръчва се за полиетери и полиестери.
• Метод за изпитване D Колба под налягане с фталов анхидрид, катализиран с имидазол: Препоръчва се за полиетери, полиестери, полимерни полиоли и полиоли, инициирани с амини.
• Метод за изпитване E Имидазол-катализирана пиромелитова дианхидридна естерификация: Препоръчва се за полиоли, използвани в гъвкави и твърди полиуретанови пени и уретанови еластомери.

Друг метод за измерване на хидроксилни групи се намира в стандарта ASTM E222.

Тези методи за изпитване са подходящи за изследвания, контрол на качеството и тестване на спецификации. Познаването на хидроксилното съдържание на полиоли е от съществено значение за формулирането на полиуретанови системи.

Стандартът ASTM D4274 предоставя множество титриметрични процедури за измерване на хидроксилното число или хидроксилната валентност на полиестерни и полиетерни полиоли, както и на много други хидроксил-съдържащи вещества. Хидроксилното число се изразява като еквивалент на милиграми калиев хидроксид към хидроксилното съдържание в 1 грам проба.

Съдържанието на хидроксилни групи е важно за полиуретановите формулировки, защото определя стехиометрията при реакция с изоцианати.

Описаните методи подпомагат изследванията, контрола на качеството и тестването на спецификации за полиуретанови суровини.

Този стандарт обхваща полиоли с първични и вторични хидроксилни групи. Той се отнася за полиестерни полиоли, полиетерни полиоли, полимерни полиоли, амин-инициирани полиоли и подобни материали, използвани в гъвкави/твърди пени и еластомери.

Този стандарт е подобен на ISO 14900 и ISO 6796 по отношение на техническите детайли, но не е съвсем същият.

Стандартът ASTM D4274 включва няколко алтернативни процедури, базирани на ацетилиране или естерификация, последвани от титруване:

• метод А:
  • Реагент и условия: Оцетен анхидрид в пиридин (колба под налягане, 98 градуса).
  • Препоръчва се: Полиестери.
  • Основни характеристики: Ацетилиране, прекомерна хидролиза, титруване на оцетна киселина с NaOH.
• метод Б:
  • Реагент и условия: Фталов анхидрид в пиридин (колба под налягане, 98 градуса).
  • Препоръчва се: Полиетери и полиестери.
  • Основни характеристики: Естерификация, титруване на киселинни съединения.
• метод C:
  • Реагент и условия: Фталов анхидрид в пиридин (рефлукс, приблизително 115 градуса).
  • Препоръчва се: Полиетери и полиестери.
  • Основни характеристики: Подобно на метод Б, но с условия на рефлукс.
• метод D:
  • Реагент и условия: Имидазол-катализиран фталов анхидрид (колба под налягане, приблизително 100 градуса).
  • Препоръчва се: Полиетери, полиестери, полимерни полиоли, инициирани с амини.
  • Основни характеристики: По-бърза катализирана реакция.
• Метод E:
  • Реагент и условия: Имидазол-катализиран пиромелитов дианхидрид в DMF (приблизително 70-80 градуса).

Препоръчва се: Гъвкави/твърди пянови полиоли, полиестер/полиетер, на аминова основа, полимерни полиоли.

Основни характеристики: Подходящ за широка гама от съвременни полиоли.

По принцип хидроксилните групи реагират с излишък от анхидрид. След реакцията излишният реагент се хидролизира и получената киселина се титрува със стандартен натриев хидроксид. Разликата между титруванията на празната проба и пробата дава съдържанието на хидроксилни групи.

Ключовите моменти са следните:

• Точност и отклонение: Трябва да се спазват практиките на ASTM (напр. стандарт ASTM E691 за междулабораторни изследвания).
• Безопасност: Реагенти като оцетен анхидрид, пиридин и фталов анхидрид са токсични, запалими или корозивни и трябва да се използват по подходящ начин.
• Интерференции: Влагата може да повлияе на резултатите (често се използва титруване по Карл Фишер, съответстващо на стандарта ASTM E203). Някои методи са по-подходящи за специфични видове полиоли.
• Алтернативи: Съвременните лаборатории понякога изискват използването на други бързи методи, свързани с тези техники за мокри химикали, за по-бърз анализ.

Накратко, ASTM D4274 е широко използван аналитичен стандарт, който дефинира лабораторни методи за определяне на хидроксилното число на полиолите, използвани в производството на полиуретан. Хидроксилното число е едно от най-важните химични свойства на полиола, тъй като то пряко влияе върху поведението на полиуретана при реакция, плътността на омрежване, механичните характеристики, гъвкавостта и качеството на крайния продукт.

Полиуретановите материали се използват най-често в следните области:

• Гъвкави и твърди пяни
• Компоненти на автомобилния интериор
• Покрития и лепила
• еластомери
• Уплътнителни материали
• Топлоизолационни продукти

Този стандарт предоставя надеждни процедури за производители, доставчици на суровини и лаборатории за контрол на качеството за оценка на функционалността и консистенцията на полиолите.

Основната цел на стандарта ASTM D4274 е да измери количеството хидроксилни групи, присъстващи в полиолна проба. По време на образуването на полиуретан, хидроксилните групи реагират с изоцианати. Точното определяне на съдържанието на хидроксилни групи е важно поради следните причини:

• Изчисляване на правилните съотношения на изоцианатите.
• За контрол на омрежването на полимерите.
• Прогнозиране на поведението при втвърдяване.
• Осигуряване на последователност от партия на партия
• Запазване на експлоатационните характеристики на продукта.

Без точно тестване на хидроксилното число, полиуретановите формулировки могат да покажат следното:

• Лошо втвърдяване
• Крехкост
• Разлика в мекотата
• Размерна нестабилност
• Намалена издръжливост

Хидроксилното число представлява количеството калиев хидроксид в милиграми, еквивалентно на хидроксилното съдържание в един грам проба. По-високите хидроксилни числа обикновено показват:

• Полиолите с по-ниско молекулно тегло
• По-висока функционалност
• Повишена реактивност

По-ниските хидроксилни числа обикновено съответстват на следното:

• Полиолите с по-високо молекулно тегло
• Повече гъвкавост
• По-ниска плътност на омрежването

Стандартът ASTM D4274 се прилага предимно за следното:

• Полиетерни полиоли
• Полиестерни полиоли
• Полиуретанови суровини
• Полиолови междинни продукти

Тъй като различните полиолни химии изискват различни подходи за тестване, стандартът включва разнообразни аналитични процедури.

Често срещани методи включват:

• Метод за естерификация на фталов анхидрид
• Метод на ацетилиране
• Спектроскопски или алтернативни аналитични техники
• Опции за потенциометрично титруване

Лабораториите избират метода, който е най-подходящ за вида на материала и очаквания хидроксилен диапазон.

Общият принцип включва реакция на хидроксилните групи в пробата с химичен реагент и след това определяне на количеството реагент, което е било изразходвано. Типичните стъпки включват:

• Претегляне на пробата от полиол
• Реакция на пробата с дериватизиращия реагент.
• Нагряване при контролирани условия
• Хидролиза на излишния реагент
• Извършване на титруване
• Изчисляване на хидроксилното число

Количеството консумиран реагент е пряко свързано със съдържанието на хидроксилни групи в пробата.

Общото лабораторно оборудване включва:

• аналитична везна
• Устройство за рефлукс
• Настройка за титруване
• Нагревателна подложка или нагревателна плоча
• Обемни стъклени съдове
• Магнитна бъркалка
• Потенциометричен титратор (по избор)

В продължение на много години нашата организация, със своя компетентен и опитен екип, разбира нуждите на своите клиенти, предоставяйки им необходимите съвременни услуги за тестване и подпомагайки ги при създаването, внедряването и подобряването на системите за управление. В тази рамка ние също така предоставяме услуги за тестване в съответствие със стандарта ASTM D4274.