四甲基氫氧化銨三水結晶化合物的制備與表征

蒲彥鋒 ,楊 麗 ,任保增

(鄭州大學化工與能源學院 ,河南鄭州 450001)

四甲基氫氧化銨三水結晶化合物的制備與表征

蒲彥鋒 ,楊 麗 ,任保增

(鄭州大學化工與能源學院 ,河南鄭州 450001)

以四甲基氫氧化銨五水結晶化合物[(CH3)4NOH·5H2O]為原料,通過異丙醇有機溶劑共煮沸脫水法,制備了四甲基氫氧化銨三水結晶化合物[(CH3)4NOH·3H2O]。并對四甲基氫氧化銨三水結晶化合物進行了酸堿滴定,差熱/熱重聯機(DTA/TGA),氣相色譜等定性及定量分析和表征。

四甲基氫氧化銨 ;結晶化合物 ;脫水過程 ;制備 ;表征

四甲基氫氧化銨五水結晶化合物(T MAH)無色結晶,極易吸潮,有一定的氨氣味,并且在空氣中極易吸收二氧化碳、水分而潮解。脫去兩個結晶水的四甲基氫氧化銨三水結晶化合物,在空氣中性質更加不穩定。四甲基氫氧化銨五水結晶化合物(T MAH)是一種超強堿,常作為二甲基硅油、氨基硅油、苯甲基硅油、有機硅擴散泵油,無溶劑有硅模塑料、有機硅樹脂、硅橡膠等的催化劑,在有機硅片生產中常用作計算機硅片面用光亮劑、清洗劑和觸刻劑等。針對市場上僅供應 10%、25%的水溶液,或者含五分子結晶水的四甲基氫氧化銨無色潮解性針狀結晶,本文以四甲基氫氧化銨五水結晶化合物(T MAH)為原料,通過異丙醇有機溶劑共煮沸脫水法,制備了四甲基氫氧化銨三水結晶化合物。

1 實驗

1.1 儀器和藥品

儀器：德國耐馳公司 STA409PC示差掃描量熱儀;上海雅榮生化設備儀器有限公司 RE-2000型旋轉蒸發器(A);日本島津 GC-2010氣相色譜儀。

藥品：異丙醇(C3H8OH),分析純,≥99.5%,鄭州化學試劑二廠;四甲基氫氧化銨 (C4H12NOH· 5H2O),分析純,≥99.7%,杭州格林達試劑廠。

1.2 實驗方法

用分析天平稱取 4.7567 g烘干的五水四甲基氫氧化銨于蒸餾燒瓶中,移液管量取 25.00 mL異丙醇注入蒸餾燒瓶中,開啟旋轉蒸發儀電源開關,溫度58℃時晶體熔化,蒸餾瓶中呈熔融態的兩相,當溫度升至87℃時,有餾出液蒸出,停止升溫,保持該溫度繼續對混合物進行加熱,蒸餾液的量不再增加時,可以認為異丙醇全部被蒸出,整個過程大約 4 h。蒸餾后的四甲基氫氧化銨在隔絕空氣的條件下冷卻結晶,真空干燥 4 h,密封保存。

2 結果與討論

2.1 熱失重分析

為了驗證異丙醇共煮沸過程脫除結晶水的可靠性,首先在差熱/熱重同步分析儀上,測定了原料五水四甲基氫氧化銨的熱失重圖譜,如圖 1所示。

圖 1 原料五水四甲基氫氧化銨的熱失重圖譜

根據吸放熱不同變化情況詳細分析了失重率,由DTA曲線可知56℃左右有明顯的吸收峰,是表面附著的水的吸熱。在 70℃左右的吸收峰是產品的玻璃化溫度,一直到110℃其中有很多小峰;但吸熱量比較小,至此共可脫除水含量為 20.444%,與五水四甲基氫氧化銨失去兩個結晶水的理論失水率19.864%基本相符。

2.2 氣相色譜分析

2.2.1 標準曲線的建立

本實驗選擇無水乙醇為內標物,用移液管移取1.00 mL無水乙醇分別置于為1#、2#、3#、4#、5#的10 mL的容量瓶中,再用移液管分別移取 1、2、3、4、5 mL的異丙醇置于上述5個容量瓶中,用N,N-二甲基甲酰胺定容至刻度線,搖勻。對上述標準溶液進行氣相分析,其中 3#標準樣品的氣相色譜圖如圖 2所示,三個峰依次是無水乙醇、異丙醇、N,N-二甲基甲酰胺。

圖 2 3#標準樣品的氣相色譜圖

以異丙醇與無水乙醇的體積比為橫坐標,異丙醇與無水乙醇的峰面積之比作為縱坐標,繪制標準曲線如圖3所示。

圖3 標準曲線

根據圖 3可以看出,異丙醇與內標物無水乙醇的體積比在 1～6之間時與其相應的峰面積之比呈良好的線性關系。其線性回歸方程為 y=1.081x+ 0.0226,相關系數為 0.999。

2.2.2 異丙醇蒸餾液中水含量的計算

取 3 mL異丙醇蒸餾液配成待檢測溶液測出圖譜,得到樣品異丙醇和無水乙醇的峰面積,并求出兩者的比值。將此值代入線性回歸方程為中,求出異丙醇和無水乙醇的體積之比,無水乙醇的體積為已知,從而可以求出異丙醇的體積。3 mL異丙醇蒸餾液減去異丙醇的體積即為 3 mL的蒸餾液中水的體積。測得異丙醇和無水乙醇面積比的平均值為3.08917,將其代入線性回歸方程求得每毫升萃取液中異丙醇量為 2.83679 mL,進而水的含量為 0.6321 mL在 25.00 mL異丙醇與 4.7567 g五水四甲基氫氧化銨的共煮沸蒸餾試驗中,共得到異丙醇的蒸餾液 16.8 mL,則該體積的蒸餾液所含的水的質量為0.9140 g,經過衡算得到每分子原料脫水個數相當于 1.934個。由于實驗過程中異丙醇的揮發和附著等原因,必然造成蒸餾液的減少;因此可以認為在異丙醇與五水四甲基氫氧化銨的共煮沸過程中除去了兩個結晶水,此結果與上述熱重分析結果吻合。

2.3 真空干燥后四甲基氫氧化銨結晶水含量的測定

準確稱量 2.8566 g真空干燥后四甲基氫氧化銨,加蒸餾水溶解配制成 500 mL溶液,用移液管量取 25 mL溶液于250 mL錐形瓶中,滴加2滴酚酞試液,用標準鹽酸溶液(0.1802 mol/L)滴定,記錄消耗的標準鹽酸溶液的體積,平行滴定三次,取平均值得到四甲基氫氧化銨和鹽酸的量相等為 0.000 994 1 mol。經衡算關系式得到真空干燥后的四甲基氫氧化銨中含有 3個結晶水,這與共煮沸試驗脫除去 2個結晶水的結果相吻合,因此異丙醇可以作為五水四甲基氫氧化銨中結晶水脫除的良好溶劑。

3 結論

實驗結果表明,87℃時由異丙醇和五水四甲基氫氧化銨在旋轉蒸發儀中,共煮沸 4 h,然后冷卻結晶,在恒溫烘箱中隔絕空氣烘干 4 h可得到脫除兩個結晶水的四甲基氫氧化銨三水合結晶化合物。

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TQ123.4

A

1003-3467(2010)16-0034-02

2010-07-28

河南省重點科技攻關計劃項目(92101210200,92101210201)

蒲彥鋒(1985-),男,在讀碩士研究生;聯系人：任保增,電話：(0371)67781223。