用于测定纤维中硫含量的方法
【专利摘要】本发明涉及用于测量纤维或聚合物样品中的硫含量的方法，所述方法包括：a)使所述样品与包含氢氧化钠的溶液接触以将硫转化成硫酸钠；b)在加热炉中燃烧步骤a)的样品以基本上除去全部有机材料以产生残余物；c)将所述残余物溶解于浓硝酸中；以及d)使用电感耦合等离子体(ICP)发射光谱法测定所述样品的硫含量。
【专利说明】用于测定纤维中硫含量的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及测定有机纤维和聚合物树脂中的硫含量的方法。
【背景技术】
[0002]在过去几十年中聚合物化学和技术的发展启动了高性能聚合物纤维的发展。例如，刚性棒状聚合物的液晶聚合物溶液可通过将液晶聚合物溶液纺丝成纺液长丝，从纺液长丝去除溶剂、洗涤和干燥纤维；以及如果需要，将所述干燥的纤维进一步热处理以增加拉伸特性而形成为高强度纤维。高性能聚合物纤维的一个例子是对位芳族聚酰胺纤维例如聚(对苯二甲酰对苯二胺)(“PPD-T ”或“PPTA” )。
[0003]能够制备高性能纤维的聚合物的许多其它例子是已知的并且许多此类聚合物和共聚物可溶于浓硫酸中。常用的溶剂如硫酸是用于实现此类聚合物的液晶浓度的优选的溶剂并提供具有吸引力的经济性的纤维制造方法。然而，由硫酸溶液处理聚合物可导致残余量的硫以不可取的杂质的形式保留在经处理纤维中或掺入聚合物本身。
[0004]已确定除去由硫酸处理的纺丝纤维或中间体纤维中的硫可改善某些纱线的物理特性，因此期望用于测定硫含量的精确方法。然而，精确测定纤维中的硫含量是困难的。在一些情况下，尤其是在低硫浓度时，传统的燃烧/气相色谱法可能缺乏精度和/或再现性，并且为了改善置信度需要更多的样品测量。因此，本领域中需要改善的方法。
【发明内容】
[0005]在一些方面，本发明涉及用于测量纤维或聚合物样品中的硫含量的方法，所述方法包括:a)使所述样品与包含氢氧化钠的溶液接触以将硫转化成硫酸钠，b)在加热炉中燃烧步骤a)的样品以基本上除去全部有机材料以产生残余物；c)将所述残余物溶解于浓硝酸中；以及d)使用电感耦合等离子体(ICP)发射光谱法测定所述样品的硫含量。
[0006]在某些实施例中，在步骤a)中使用0.01至IN氢氧化钠的水溶液。在一些实施例中，包括在步骤b)之前的附加步骤，将步骤a)的样品加热以从所述样品中除去残余液体的至少一部分。
【具体实施方式】
[0007]通过参见与附图及实施例相关的以下发明详述可更易于理解本发明，所述附图及例子形成本发明公开的一部分。应当理解，本发明并不限于本文所述和/或所示的具体装置、方法、条件或参数，并且本文所用的术语仅为了以举例的方式描述具体实施例的目的，并不旨在限制受权利要求书保护的本发明。
[0008]可将纤维或聚合物树脂样品置于任何合适的容器中，用于用稀碱处理。此类容器应该为不以干扰获得精确硫含量测量的方式污染样品的容器。一种合适的容器为石英坩埚。
[0009]纤维或聚合物树脂的用量应适于制备足以通过ICP进行分析的样品。在一些实施例中，使用0.3至0.6克样品。该方法尤其可用于更精确测量硫含量为I重量％或更小，优选地0.1重量％或更小的样品的硫含量，并尤其可用于硫含量为0.05重量％或更小的样品O
[0010]向容器中的纤维样品加入稀碱，使得样品优选被溶液覆盖。在一些实施例中，样品覆盖有最小量的溶液，从而使必须在另外的步骤中蒸发的液体最少。可利用将样品的全部硫内容物转化成硫酸钠的任何溶液浓度。在一些实施例中，利用0.01至IN氢氧化钠溶液。一个优选的实施例使用0.1N氢氧化钠溶液。将样品浸入氢氧化钠溶液中并持续一定时间，所述时间足以将纤维样品中的硫内容物转化成硫酸钠；该时间优选为15分钟或更长。不受理论的束缚，据信以这种方式用碱处理样品抑制了灰化期间硫的挥发和损失。
[0011]可将包含纤维或聚合物树脂样品和稀碱溶液的容器加热直至大部分液体蒸发。优选，使基本上所有液体蒸发。可将热板或其它热源用于蒸发。在一个优选的实施例中，液体缓慢地蒸发。在一些优选的实施例中，需要的时间为10分钟至一小时。在一个实施例中，蒸发花费约30分钟。
[0012]然后使干燥的纤维或聚合物树脂样品灰化。任何合适的燃烧方法均可用于灰化。在一些实施例中，可利用马弗炉，诸如Thermolyne62770加热炉。在一些实施例中，将所述加热炉设定为400-800°C的温度。在一个实施例中，使用约600°C的温度。灰化应进行一定时间，以允许基本上完全灰化。在一些实施例中，所述时间为2-10小时。在一个实施例中，所述时间为约5小时。
[0013]灰化后，使所得的样品与浓硝酸(优选商品级)接触，然后将所得的混合物用纯化水(诸如Mill1-Q水)稀释以制备适用于ICP分析的样品。在一些实施例中，使用20: I至5:1的水对酸的比率。在一个优选的实施例中，使用2克硝酸和25克水。
[0014]然后，可将所得的溶液从容器转移到离心管中，然后通过电感耦合等离子体发射光谱仪以轴向模式进行分析。结果使用空白、诸如IOppm硫标准和IOOppm硫标准来校准。此类标准可得自位于 Charleston, South Carolina 的 High Purity Standards。
[0015]电感耦合等离子体(ICP)发射光谱法是本领域熟知用于检测和量化样品中痕量金属的工具。所述方法利用产生激发态原子和离子的电感耦合等离子体。这些激发态原子和离子在对特定元素而言是特征性的波长下发射电磁辐射。基于射线强度，可通过与已知浓度的样品比较来测定样品内元素的浓度。适用于进行这种分析的一种器械为PerkinElmer5400DV电感耦合等离子体发射光谱仪。
[0016]如包括所附权利要求的说明书中所用，单数形式“一种”、“一个”和“该/所述”包括复数，并且提及的具体数值至少包括该具体值，除非上下文清楚地另外指明。当表述数值的范围时，另一个实施例包括从一个具体值和/或到另一个具体值。类似地，当数值被表示为近似值时，应当理解，通过利用先行词“大约”，特定值形成另一个实施例。所有的范围包括端值在内并且是可结合的。当任何组分或任何公式中的任何变量不止一次出现时，其每次出现的定义与每次在其它地方出现的定义无关。仅在取代基和/或变量的组合形成稳定化合物时，才允许此类组合。
[0017]本发明由下列例子示出，所述例子实际上不旨在进行限制。
[0018]测试方法
[0019]使用FLASH2000自动元素分析仪通过燃烧测定硫(常规测试方法)。[0020]在该测试方法中，硫百分比通过燃烧测定并根据ASTM D4239方法B来测量。仔细称取适量样品(通常2.5-4.5mg)和五氧化钒促进剂(通常1mg)置于锡胶囊中。然后将所述胶囊放入保持在900-1000°C温度下的氧化/还原反应器中。在精确的时间下，将样品的最佳燃烧所需的精确量氧气递送入燃烧反应器中。与氧气的放热反应使温度上升至1800°C并持续数秒。在该高温下，有机物质和无机物质均被转化成元素性气体，所述元素性气体在进一步还原(还原成氮气、二氧化碳、水和二氧化硫)之后，在色谱柱中分离并最终通过高度敏感的热导率检测器(TCD)检测。
[0021 ] 用于碳、氢、氮和硫(CHNS)的典型运行条件:
[0022]
【权利要求】
1.一种测量纤维或聚合物树脂样品中的硫含量的方法，所述方法包括: a)使所述样品与包含氢氧化钠的溶液接触以将所述硫转化成硫酸钠； b)在加热炉中燃烧步骤a)的样品以基本上除去全部有机材料以产生残余物； c)将所述残余物溶解于浓硝酸中； d)使用电感耦合等离子体(ICP)发射光谱法测定所述样品的硫含量。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述包含氢氧化钠的溶液为具有在0.0l至IN范围内的氢氧化钠含量的水溶液。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中在步骤b)之前，将步骤a)的纤维或聚合物树脂样品加热以从所述样品中除去至少一部分残余的液体。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其中所述纤维或聚合物树脂样品能够溶于浓硫酸中。
【文档编号】G01N33/44GK104040334SQ201280066543
【公开日】2014年9月10日 申请日期:2012年1月11日 优先权日:2012年1月11日
【发明者】J.S.特奇里特 申请人:纳幕尔杜邦公司