Кислотное число, йодное число и неомыляемые вещества: руководство по параметрам TOFA для технолога

Кислотное число измеряет плотность свободной кислоты, йодное число — ненасыщенность, содержание смоляной кислоты — количество смолы, переходящей во фракцию жирных кислот, а неомыляемые вещества — остаток, который вообще не вступает в реакцию. Первый параметр задаёт стехиометрию, второй предсказывает поведение при высыхании и димеризации, два последних определяют цвет и потери выхода.

Что измеряет кислотное число и что оно задаёт в вашей рецептуре?

Кислотное число выражает количество гидроксида калия, необходимое для нейтрализации свободной кислоты в одном грамме образца (мг KOH/г), и для TOFA измеряется по ASTM D1980. Для рецептуры его значение прямое: если вы проводите этерификацию, омыление или нейтрализацию, именно это число определяет, сколько встречного реагента (полиола, щёлочи, амина) нужно дозировать.

Поэтому кислотное число — это не показатель качества, а исходная величина для расчёта. Предел мин. 185 у TOFA 185 предпочтителен не потому, что он «лучше» предела мин. 180 у TOFA 180, а потому, что удерживает плотность свободной кислоты в более узком диапазоне. Если кислотное число меняется от партии к партии, меняется и соотношение встречного реагента в рецептуре; в результате партия оказывается ниже или выше целевой степени превращения.

Та же строка выдаёт и идентичность продукта в остальной линейке. У твёрдолиственного CTO кислотное число определено как мин. 96 (ASTM D465 / ASTM D664): как у неочищенной смеси, плотность свободной кислоты у него естественно ниже. Ecophalt (Tall Oil Pitch) находится в диапазоне 40-70 (ASTM D664 / ISO 6619). Для TOFA Rich Distillate указано единичное значение 178,5. Одна и та же по названию строка рассказывает три разные истории о трёх разных продуктах.

Что означает йодное число? Ненасыщенность, высыхание и димеризация

Йодное число выражает количество йода, присоединяющегося к ненасыщенным связям образца (г I2/100 г), и для TOFA измеряется по ASTM D5768. Короче говоря, это мера плотности двойных связей в цепях, а ненасыщенность — предварительное условие для взаимодействия с кислородом, сшивания и димеризации.

Это отражается в рецептуре в трёх местах. В системах, образующих плёнку за счёт окислительного высыхания, плотность двойных связей определяет поведение при высыхании. В производстве димерных кислот в реакцию вступают именно эти двойные связи. На складе та же ненасыщенность означает риск окисления в неконтролируемых условиях — именно поэтому TOFA хранят в закрытой таре, защищённой от солнца и влаги.

У TOFA 180 и TOFA 185 предел йодного числа одинаковый: мин. 150 у обоих сортов. То есть выбор между двумя сортами не делается по ненасыщенности; различие лежит в цвете, содержании смоляной кислоты и неомыляемых веществ. Это также предотвращает частую ошибку при чтении спецификации: сорт с более высоким кислотным числом не становится автоматически более реакционноспособным.

Почему содержание смоляной кислоты указывается отдельной строкой?

Смоляные кислоты — это компоненты таллового масла абиетинового типа, и у них иной скелет, чем у жирной кислоты: это кольцевые структуры, которые несут карбоксильную группу, но не ведут себя как длинноцепочечная жирная кислота. Поскольку дистилляция не удаляет их полностью, часть остаётся во фракции жирных кислот и измеряется по ASTM D1240.

Для технолога этот перенос влияет на два параметра: развитие цвета и вязкостное поведение. Кольцевые смоляные кислоты склонны затемнять систему и повышать вязкость. Поэтому на линиях, где цветовая стабильность критична, требуется предел макс. 2% у TOFA 185, тогда как в применениях с широким допуском достаточно предела макс. 3% у TOFA 180.

Смоляная кислота не всегда нежелательный компонент. В сортах DTO её намеренно поддерживают высокой: макс. 40% в промышленном сорте, макс. 30% в сортах mid-high и premium. Один и тот же компонент в одном продукте — предел примеси, а в другом — определение самого продукта.

Что измеряют неомыляемые вещества и почему это проблема выхода?

Неомыляемые вещества (ASTM D1065) — это доля компонентов, которые не вступают в реакцию омыления при обработке щёлочью: стеролы, углеводороды и другие нейтральные вещества. Поскольку у них нет карбоксильной группы, они не вступают и в этерификацию.

Практическое следствие — проблема выхода и чистоты. Эта доля каждого взвешенного килограмма не участвует в реакции, остаётся в продукте и может проявиться как проблема цвета, запаха или совместимости в конечном изделии. Пределы заметно различаются между сортами: макс. 4% у TOFA 185, макс. 6% у TOFA 180. Со стороны DTO премиальный сорт несёт предел макс. 6%, два других сорта — макс. 7%, а для TOFA Rich Distillate указано значение 5,2%.

Почему на странице TOFA нет числа омыления?

Число омыления (ASTM D94) измеряет количество гидроксида калия, необходимое для омыления как свободных, так и связанных в виде эфира кислот в образце. Кислотное число видит только свободную кислоту, тогда как число омыления видит весь кислотный потенциал. Разница между ними показывает долю эфирно-связанной структуры в продукте.

Эта строка не встречается в спецификации TOFA, потому что продукт уже представляет собой отделённую дистилляцией фракцию свободных жирных кислот. В сортах DTO, напротив, эта строка явно указана: мин. 170 в промышленном сорте, мин. 175 в сортах mid-high и premium, а кислотное число при этом составляет мин. 165, мин. 170 и мин. 170 соответственно. Для TOFA Rich Distillate также приведены вместе кислотное число 178,5 и число омыления 184. Если на странице вы видите эти две строки рядом, значит перед вами не чистая фракция жирных кислот.

Когда важны строки цвета и влажности?

В спецификации TOFA цвет указан не числовой строкой, а описанием внешнего вида: TOFA 180 — от янтарного до тёмно-янтарного, TOFA 185 — от светло-жёлтого до янтарного цвета жидкость. В другом продукте этой линейки цвет переведён в числовое значение: у промышленного сорта DTO цвет (по йодной шкале) указан как макс. 80 и измеряется по ASTM D1348.

Влажность — тоже строка, которая меняется от продукта к продукту. В сортах DTO её измеряют по ASTM E203, и она определена как макс. 1,0% в промышленном сорте, следовое количество в сорте mid-high и следовое количество в премиальном сорте. Поскольку содержание воды влияет и на измерение кислотного числа, и на баланс этерификации, если ваша рецептура чувствительна к воде, требуйте эту строку в документе.

В каком порядке технологу использовать эти строки?

1. Определите тип реакции: если проводите этерификацию, омыление или нейтрализацию, начните с кислотного числа.
2. Если ожидаете поведение, зависящее от ненасыщенности (окислительное высыхание, сшивание, димеризация), проверьте йодное число: мин. 150 у обоих сортов.
3. Если в конечном продукте критичен цвет, читайте вместе содержание смоляной кислоты и строку внешнего вида.
4. Если считаете выход, включите в расчёт предел неомыляемых веществ: разница между макс. 4% и макс. 6% отражается в рецептуре.
5. Если на странице также есть число омыления, отметьте, что продукт не является чистой фракцией жирных кислот и содержит эфирно-связанную структуру.
6. Подтвердите решение образцом: измерьте те же параметры в своей лаборатории тем же методом и сравните результат с сертификатом анализа (CoA) по партии.