蒲彥鋒 ,楊 麗 ,任保增

(鄭州大學(xué)化工與能源學(xué)院 ,河南鄭州 450001)

四甲基氫氧化銨三水結(jié)晶化合物的制備與表征

蒲彥鋒 ,楊 麗 ,任保增

(鄭州大學(xué)化工與能源學(xué)院 ,河南鄭州 450001)

以四甲基氫氧化銨五水結(jié)晶化合物[(CH3)4NOH·5H2O]為原料,通過(guò)異丙醇有機(jī)溶劑共煮沸脫水法,制備了四甲基氫氧化銨三水結(jié)晶化合物[(CH3)4NOH·3H2O]。并對(duì)四甲基氫氧化銨三水結(jié)晶化合物進(jìn)行了酸堿滴定,差熱/熱重聯(lián)機(jī)(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(jié)晶化合物 ;脫水過(guò)程 ;制備 ;表征

四甲基氫氧化銨五水結(jié)晶化合物(T MAH)無(wú)色結(jié)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(gè)結(jié)晶水的四甲基氫氧化銨三水結(jié)晶化合物,在空氣中性質(zhì)更加不穩(wěn)定。四甲基氫氧化銨五水結(jié)晶化合物(T MAH)是一種超強(qiáng)堿,常作為二甲基硅油、氨基硅油、苯甲基硅油、有機(jī)硅擴(kuò)散泵油,無(wú)溶劑有硅模塑料、有機(jī)硅樹(shù)脂、硅橡膠等的催化劑,在有機(jī)硅片生產(chǎn)中常用作計(jì)算機(jī)硅片面用光亮劑、清洗劑和觸刻劑等。針對(duì)市場(chǎng)上僅供應(yīng) 10%、25%的水溶液,或者含五分子結(jié)晶水的四甲基氫氧化銨無(wú)色潮解性針狀結(jié)晶,本文以四甲基氫氧化銨五水結(jié)晶化合物(T MAH)為原料,通過(guò)異丙醇有機(jī)溶劑共煮沸脫水法,制備了四甲基氫氧化銨三水結(jié)晶化合物。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 儀器和藥品

儀器：德國(guó)耐馳公司 STA409PC示差掃描量熱儀;上海雅榮生化設(shè)備儀器有限公司 RE-2000型旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)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(xué)試劑二廠;四甲基氫氧化銨 (C4H12NOH· 5H2O),分析純,≥99.7%,杭州格林達(dá)試劑廠。

1.2 實(shí)驗(yàn)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(kāi)啟旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀電源開(kāi)關(guān),溫度58℃時(shí)晶體熔化,蒸餾瓶中呈熔融態(tài)的兩相,當(dāng)溫度升至87℃時(shí),有餾出液蒸出,停止升溫,保持該溫度繼續(xù)對(duì)混合物進(jìn)行加熱,蒸餾液的量不再增加時(shí),可以認(rèn)為異丙醇全部被蒸出,整個(gè)過(guò)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(jié)晶,真空干燥 4 h,密封保存。

2 結(jié)果與討論

2.1 熱失重分析

為了驗(yàn)證異丙醇共煮沸過(guò)程脫除結(jié)晶水的可靠性,首先在差熱/熱重同步分析儀上,測(cè)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(jù)吸放熱不同變化情況詳細(xì)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(chǎn)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(gè)結(jié)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(biāo)準(zhǔn)曲線的建立

本實(shí)驗(yàn)選擇無(wú)水乙醇為內(nèi)標(biāo)物,用移液管移取1.00 mL無(wú)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(gè)容量瓶中,用N,N-二甲基甲酰胺定容至刻度線,搖勻。對(duì)上述標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行氣相分析,其中 3#標(biāo)準(zhǔn)樣品的氣相色譜圖如圖 2所示,三個(gè)峰依次是無(wú)水乙醇、異丙醇、N,N-二甲基甲酰胺。

圖 2 3#標(biāo)準(zhǔn)樣品的氣相色譜圖

以異丙醇與無(wú)水乙醇的體積比為橫坐標(biāo),異丙醇與無(wú)水乙醇的峰面積之比作為縱坐標(biāo),繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線如圖3所示。

圖3 標(biāo)準(zhǔn)曲線

根據(jù)圖 3可以看出,異丙醇與內(nèi)標(biāo)物無(wú)水乙醇的體積比在 1～6之間時(shí)與其相應(yīng)的峰面積之比呈良好的線性關(guān)系。其線性回歸方程為 y=1.081x+ 0.0226,相關(guān)系數(shù)為 0.999。

2.2.2 異丙醇蒸餾液中水含量的計(jì)算

取 3 mL異丙醇蒸餾液配成待檢測(cè)溶液測(cè)出圖譜,得到樣品異丙醇和無(wú)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(wú)水乙醇的體積之比,無(wú)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(cè)得異丙醇和無(wú)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(jìn)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(yàn)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(zhì)量為0.9140 g,經(jīng)過(guò)衡算得到每分子原料脫水個(gè)數(shù)相當(dāng)于 1.934個(gè)。由于實(shí)驗(yàn)過(guò)程中異丙醇的揮發(fā)和附著等原因,必然造成蒸餾液的減少;因此可以認(rèn)為在異丙醇與五水四甲基氫氧化銨的共煮沸過(guò)程中除去了兩個(gè)結(jié)晶水,此結(jié)果與上述熱重分析結(jié)果吻合。

2.3 真空干燥后四甲基氫氧化銨結(jié)晶水含量的測(cè)定

準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)鹽酸溶液(0.1802 mol/L)滴定,記錄消耗的標(biāo)準(zhǔn)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(jīng)衡算關(guān)系式得到真空干燥后的四甲基氫氧化銨中含有 3個(gè)結(jié)晶水,這與共煮沸試驗(yàn)脫除去 2個(gè)結(jié)晶水的結(jié)果相吻合,因此異丙醇可以作為五水四甲基氫氧化銨中結(jié)晶水脫除的良好溶劑。

3 結(jié)論

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,87℃時(shí)由異丙醇和五水四甲基氫氧化銨在旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀中,共煮沸 4 h,然后冷卻結(jié)晶,在恒溫烘箱中隔絕空氣烘干 4 h可得到脫除兩個(gè)結(jié)晶水的四甲基氫氧化銨三水合結(jié)晶化合物。

[1] 姜宏偉,宋 寧,嚴(yán)玉環(huán),等.制備無(wú)水氯化銦的簡(jiǎn)易方法[J].無(wú)機(jī)鹽工業(yè),2008,40(4)：19-21.

[2] 白光輝,徐 鵬,張 輝.水合硫酸鋁的微波脫水[J].應(yīng)用化工,2008,37(11)：1325-1327.

[3] 伍上元.水氯鎂石丁醇—氨螯合結(jié)晶脫水研究[D].中南大學(xué)碩士學(xué)位論文,2005：37-45.

[4] 鄧俊勇,馮永健.四甲基氫氧化銨單晶硅腐蝕特性研究[J].微鈉電子技術(shù),2003,(12)：32-34.

TQ123.4

A

1003-3467(2010)16-0034-02

2010-07-28

河南省重點(diǎn)科技攻關(guān)計(jì)劃項(xiàng)目(92101210200,92101210201)

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