材料中磷酸根离子的含量及分布的模型构建方法和检测方法与流程

本技术涉及分析化学，特别是涉及一种材料中磷酸根离子的含量及分布的模型构建方法和检测方法。

背景技术：

1、磷酸盐类阻燃剂具有低烟、无毒、低卤、无卤等优点，符合阻燃剂的发展方向，其阻燃机理为受热分解为磷酸、偏磷酸和水等附着于材料表面，进而实现阻燃。因此测试含磷酸盐阻燃剂的材料中磷酸盐的含量及分布情况对于其阻燃效果的评估具有非常重要的意义。

2、传统的磷酸盐含量检测方法为检测样品中磷酸根离子的含量，测试技术一般采用光谱法、色谱法等，这些检测方法是基于磷酸根离子的化学特性，且测试步骤较为繁琐，对测试介质、测试设备的依赖性较强，检测所需投入的成本高，因此在检测机构中的普及性较差。

技术实现思路

1、基于此，本技术提供一种材料中磷酸根离子的含量及分布的模型构建方法和检测方法。该检测方法步骤简单，对测试介质和测试设备依赖较小，检测成本低。

2、本技术的第一方面，提供一种材料中磷酸根离子的含量及分布的模型构建方法，包括如下步骤：

3、取材料的测试样；

4、将所述测试样置于提取溶剂中，分别于不同温度条件下进行提取处理；

5、检测不同温度条件下提取处理所得的提取液中的磷酸根离子的浓度；

6、根据检测所得的磷酸根离子的浓度结合fick第一定律、fick第二定律计算不同温度条件下磷酸根离子向外扩散的扩散系数值；

7、根据检测所得的磷酸根离子的浓度结合fick第一定律、fick第二定律构建材料中磷酸根离子的含量及分布的模型，采用所述扩散系数值和/或至少一个温度条件下提取处理所得的提取液中的磷酸根离子的浓度对所述模型进行验证。

8、在其中一个实施例中，所述扩散系数值的计算公式如下式(1)所示：

9、

10、表示提取处理t时间后所得的提取液中的磷酸根离子的浓度，单位为ppm；

11、c∞表示提取处理前，所述提取溶剂中磷酸根离子的浓度，单位为ppm；

12、c0表示提取处理前，所述测试样中磷酸根离子的浓度，单位为ppm；

13、dx表示不同温度条件下磷酸根离子向外扩散的扩散系数值，单位为cm2/s；

14、t表示提取处理的时间，单位为s；

15、λn、kn和n如n阶bessel函数中定义。

16、在其中一个实施例中，所述模型如下式(2a)～(2d)所示，根据式(2a)～(2d)求解得到材料中磷酸根离子的分布曲线，将(2a)～(2d)求解得到材料中磷酸根离子的分布曲线进行积分，得到材料中磷酸根离子的含量：

17、

18、

19、

20、其中，i＝1，2，3……m-3，m-2，m表示大于2的整数；

21、

22、式中其中，δx表示空间步长，且b＝nδx，δt表示时间步长，b表示所述测试样的厚度的二分之一，d＝d0exp(-q/rt)，其中，d0表示常数、q表示扩散激活能；r表示摩尔气体常数、t表示所述温度对应的热力学温度；

23、其中，shape表示形体形状系数，r表示扩散表面曲率半径；

24、cin表示提取处理的时间为t＝nδt时，所述测试样中第i结点的磷酸根离子浓度。

25、在其中一个实施例中，所述测试样满足如下条件(1)～(3)中的一种或多种：

26、(1)所述测试样的厚度为2mm～3mm；

27、(2)提取处理前所述测试样中磷酸根离子的浓度为300ppm～700ppm；

28、(3)所述测试样为正方形，边长为25mm～35mm。

29、在其中一个实施例中，所述不同温度条件分别设置为58℃～62℃、68℃～72℃和78℃～82℃。

30、在其中一个实施例中，提取处理的时间为20h～30h。

31、在其中一个实施例中，提取处理在封闭条件下进行，所述提取溶剂的用量为4ml～8ml。

32、在其中一个实施例中，所述提取液中的磷酸根离子的浓度的检测方法为离子色谱法。

33、在其中一个实施例中，所述离子色谱法采用的淋洗液中包括浓度为4mm～5mm的na2co3以及浓度为1mm～2mm的nahco3。

34、在其中一个实施例中，所述离子色谱法的条件还包括如下条件(1)～(5)中的一种或多种：

35、(1)所述淋洗液的流速为1～1.5ml/min；

36、(2)色谱柱温度为30℃～40℃；

37、(3)检测器的温度为30℃～40℃；

38、(4)抑制器的电流为38ma～43ma；

39、(5)色谱柱的固定相为微孔交联树脂。

40、本技术的第二方面，提供一种材料中磷酸根离子的含量及分布的检测方法，包括如下步骤：

41、取待测材料的测试样；

42、将所述测试样置于提取溶剂中，进行提取处理；

43、检测提取处理所得的提取液中的磷酸根离子的浓度；

44、将检测所得的磷酸根离子的浓度代入第一方面所述模型构建方法构建获得的模型中，计算所述测试样中磷酸根离子的含量及分布曲线。

45、在其中一个实施例中，所述测试样满足如下条件(1)～(3)中的一种或多种：

46、(1)所述测试样的厚度为2mm～3mm；

47、(2)提取处理前所述测试样中磷酸根离子的浓度为300ppm～700ppm；

48、(3)所述测试样为正方形，边长为25mm～35mm。

49、在其中一个实施例中，提取处理的温度设置为78℃～82℃。

50、在其中一个实施例中，提取处理的时间为20h～30h。

51、在其中一个实施例中，提取处理在封闭条件下进行，所述提取溶剂的用量为4ml～8ml。

52、在其中一个实施例中，所述提取液中的磷酸根离子的浓度的检测方法为离子色谱法。

53、在其中一个实施例中，所述离子色谱法采用的淋洗液中包括浓度为4mm～5mm的na2co3以及浓度为1mm～2mm的nahco3。

54、在其中一个实施例中，所述离子色谱法的条件还包括如下条件(1)～(5)中的一种或多种：

55、(1)所述淋洗液的流速为1～1.5ml/min；

56、(2)色谱柱温度为30℃～40℃；

57、(3)检测器的温度为30℃～40℃；

58、(4)抑制器的电流为38ma～43ma；

59、(5)色谱柱的固定相为微孔交联树脂。

60、在其中一个实施例中，所述待测材料为含磷酸盐类阻燃剂的聚合物材料；

61、可选地，所述聚合物材料包括原生料、再生料、回收料和副牌料中的一种或多种。

62、上述模型构建方法，通过测试不同温度条件下析出获得的磷酸根离子的浓度，结合fick第一、第二定律计算出磷酸根离子在不同温度条件下的扩散系数，根据已知扩散系数的值构建获得材料中磷酸根离子的含量以及分布动力学模型，并对模型进行验证，如此构建获得的模型检测准确性高，适用于磷酸盐类阻燃剂的阻燃效果评估。

63、上述测试方法采用上述模型进行待测材料的检测，不同于传统测试方法中需通过实验对材料中磷酸根离子进行测定，可以直接采用模型进行磷酸根离子的含量以及分布的计算，步骤简单，对测试介质和测试设备依赖较小，检测成本低，且检测效果高，便于推广应用，对材料，如磷酸盐类阻燃剂的生产和评估具有重要意义。