一种测定对位芳纶去质子化反应过程中电荷量的方法

本发明属于芳纶纳米纤维检测领域，具体涉及一种测定对位芳纶去质子化反应过程中电荷量的方法。

背景技术：

1、对位芳纶，化学名为聚对苯二甲酰对苯二胺(ppta)，俗称芳纶1414，因其具有耐高温、高强高模、轻量化等优异的性能，被广泛应用于航空航天、轨道交通等领域。然而，ppta纤维表面固有的光滑表面、缺少活性官能团、以及大尺寸(直径大约13微米，长度7毫米)等特点造成了其与其他聚合物基体的界面结合性能和混溶性差，导致其不能轻易地用作填料。因此，将芳纶纤维进行纳米化处理，是克服上述宏观芳纶缺点的一个有效的途径，在功能化先进复合材料的应用方面具有广阔的前景。

2、与其他制备纳米芳纶纤维的工艺相比，在dmso/koh体系中去质子化法制备的对位芳纶纳米纤维(anfs)在粒径尺寸、机械强度、热稳定性等方面均表现优异，并且具有能耗低、易操作等优势，已成为目前制备对位芳纶纳米纤维最有效的方式。因此，建立能够定量表征去质子化反应过程的分析方法，对于anfs生产的工艺控制及质量监测是很有必要的。

3、常用于表征ppta去质子化反应过程中电荷量的有电荷测定法，通常通过颗粒电荷测定仪(pcd)完成，但该方法测定步骤繁琐、耗时(约12h)，且会对anfs内部电荷量严重低估。此外，其他的表征手段还有基于分子水平的拉曼光谱和红外光谱技术，但都局限于定性或半定量分析，不能用作准确的定量分析。因此，目前还没有一种快速、准确的测定对位芳纶去质子化反应过程中电荷量的方法。

技术实现思路

1、针对以上现有技术存在的缺点和不足之处，本发明提供一种测定对位芳纶去质子化反应过程中电荷量的方法，基于紫外光谱分析手段，快速定量ppta去质子化过程中的电荷量，提高了精确度和准确性。

2、本发明是通过以下技术方案来实现：

3、一种测定对位芳纶去质子化反应过程中电荷量的方法，包括如下步骤：

4、s1，将对位芳纶和氢氧化钾加入到二甲基亚砜中，对位芳纶、氢氧化钾和二甲基亚砜的比例为(0.025～0.2)g：(0.025～0.6)g：50ml，之后在密封的环境下保持搅拌，形成持续进行的反应液；

5、将每0.025～0.6g氢氧化钾加入到50ml二甲基亚砜中，之后在密封的环境下搅拌，得到混合体系；

6、s2，在s1所述的搅拌进行到36～50h之前，将反应液中的一部分用混合体系稀释80～120倍，摇匀后在250～800nm的紫外光下进行全光谱扫描，通过以波长为横坐标、吸光度为纵坐标的全光谱图得到ppta-聚阴离子的最大吸收波长；

7、s3，按照s1的过程配制相同的反应液，在与s2相同的时间下测定其中的电荷量cm，再结合s2所述的稀释倍数和ppta-聚阴离子在最大吸收波长处的吸光度得到ppta-聚阴离子的电荷吸光系数单位为l cm-1 mol-1，之后利用以及ppta-聚阴离子和ppta2-聚阴离子的等吸收点波长λ下ppta-聚阴离子的吸光度得到ppta-聚阴离子在λ处的电荷吸光系数

8、s4，将对位芳纶在含有氢氧化钾和二甲基亚砜的体系下进行去质子化反应，在去质子化反应中的任意一个时间点，分别测定反应所形成的反应液在360nm和400nm处的吸光度a360和a400，带入下式，得到对位芳纶去质子化反应过程中相应时间点的电荷量ct，单位为μmol/g：

9、其中n为稀释倍数，cppta是s1中对位芳纶在二甲基亚砜中的质量浓度，单位为g·l-1。

10、优选的，s1中，将氢氧化钾加入到二甲基亚砜中搅拌5～40min，得到混合体系。

11、优选的，s2将100～200μl的反应液中用混合体系稀释，再进行摇匀。

12、优选的，s2取2～3ml摇匀后的混合液，放至比色皿中用紫外分光光度计进行全光谱扫描。

13、进一步，s2中，从反应液稀释到移至比色皿开始扫描，两个动作的时间间隔小于1min。

14、优选的，s3中，根据下式得到

15、其中n为稀释倍数。

16、进一步，s2在s1所述的搅拌进行到36～50h之前，在4～6个不同时间点下，分别从所述的反应液中取出一部分，得到4～6份溶液，之后按照s2和s3的过程，得到4～6个不同的电荷量cm和再计算得到4～6个不同的求取平均值，最后利用平均后的数值ε，以及ppta-聚阴离子和ppta2-聚阴离子的等吸收点波长λ下ppta-聚阴离子的吸光度得到ppta-聚阴离子在λ处的电荷吸光系数

17、进一步，s3中，根据下式得到

18、

19、进一步，s3在计算时，选取s2中的2～4份溶液，对每份溶液分别测定和求取每份溶液对应的的值xi，再用3个xi的总和除以3得到

20、优选的，s3中所述的最大吸收波长为336nm，λ为360nm。

21、与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

22、本发明一种测定对位芳纶去质子化反应过程中电荷量的方法，先将对位芳纶在dmso和koh的体系中进行去质子化反应，确定使用250～800nm的紫外光可全光谱扫描稀释后的反应液，再基于ppta-聚阴离子和ppta2-聚阴离子在转化时它们的总浓度不变，得以确定在反应初期，即一级去质子化过程中ppta-聚阴离子的最大吸收波长，以及ppta-聚阴离子和ppta2-聚阴离子的等吸收点波长。由于一级去质子化产物ppta-聚阴离子到二级去质子化产物ppta2-聚阴离子的转化程度为100％，反应初期ppta-的吸光度等于反应结束时ppta2-的吸光度，可认为二级去质子化反应结束时ppta2-聚阴离子在400nm处的电荷吸光系数等于一级去质子化反应结束时ppta-聚阴离子在最大吸收波长处的电荷吸光系数，因此，根据朗伯比尔定律，基于同一个物质在同一个波长下电荷吸光系数相同的原理，可推导出ct与稀释倍数、cppta、a360、a400、和的关系。在需要测定的时间点，只需要测定相应的反应液在360nm和400nm处的吸光度a360和a400，即可计算出此时对位芳纶去质子化反应过程中的电荷量。本发明的结果客观准确(检测精度rsd≤1.27％)，不仅操作简单方便，而且适用于不同去质子化工艺(经典去质子化法，水辅助去质子化法，小颗粒碱去质子化法)中反应液的电荷量计算，从而判断去质子化反应限度和平衡，可以有效表征反应过程中产物的浓度，大大提高工作效率，特别适用于对位芳纶纤维在dmso/koh体系中去质子化反应过程中溶液电荷含量计算。

技术特征：

1.一种测定对位芳纶去质子化反应过程中电荷量的方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的测定对位芳纶去质子化反应过程中电荷量的方法，其特征在于，s1中，将氢氧化钾加入到二甲基亚砜中搅拌5～40min，得到混合体系。

3.根据权利要求1所述的测定对位芳纶去质子化反应过程中电荷量的方法，其特征在于，s2将100～200μl的反应液中用混合体系稀释，再进行摇匀。

4.根据权利要求1所述的测定对位芳纶去质子化反应过程中电荷量的方法，其特征在于，s2取2～3ml摇匀后的混合液，放至比色皿中用紫外分光光度计进行全光谱扫描。

5.根据权利要求4所述的测定对位芳纶去质子化反应过程中电荷量的方法，其特征在于，s2中，从反应液稀释到移至比色皿开始扫描，两个动作的时间间隔小于1min。

6.根据权利要求1所述的测定对位芳纶去质子化反应过程中电荷量的方法，其特征在于，s3中，根据下式得到

7.根据权利要求6所述的测定对位芳纶去质子化反应过程中电荷量的方法，其特征在于，s2在s1所述的搅拌进行到36～50h之前，在4～6个不同时间点下，分别从所述的反应液中取出一部分，得到4～6份溶液，之后按照s2和s3的过程，得到4～6个不同的电荷量cm和再计算得到4～6个不同的求取平均值，最后利用平均后的数值ε，以及ppta-聚阴离子和ppta2-聚阴离子的等吸收点波长λ下ppta-聚阴离子的吸光度得到ppta-聚阴离子在λ处的电荷吸光系数

8.根据权利要求7所述的测定对位芳纶去质子化反应过程中电荷量的方法，其特征在于，s3中，根据下式得到

9.根据权利要求8所述的测定对位芳纶去质子化反应过程中电荷量的方法，其特征在于，s3在计算时，选取s2中的2～4份溶液，对每份溶液分别测定和求取每份溶液对应的的值xi，再用3个xi的总和除以3得到

10.根据权利要求1所述的测定对位芳纶去质子化反应过程中电荷量的方法，其特征在于，s3中所述的最大吸收波长为336nm，λ为360nm。

技术总结
本发明一种测定对位芳纶去质子化反应过程中电荷量的方法，将对位芳纶和氢氧化钾在二甲基亚砜中密封搅拌，氢氧化钾在二甲基亚砜中密封搅拌；搅拌到36～50h前，一部分反应液稀释，摇匀后紫外光全光谱扫描，通过全光谱图得到PPTA<supgt;‑</supgt;聚阴离子最大吸收波长；配制相同反应液在相同时间测定电荷量，结合稀释倍数和PPTA<supgt;‑</supgt;聚阴离子在最大吸收波长处吸光度得到电荷吸光系数利用及PPTA<supgt;‑</supgt;和PPTA<supgt;2‑</supgt;聚阴离子等吸收点波长下PPTA<supgt;‑</supgt;聚阴离子吸光度得到电荷吸光系数将对位芳纶去质子化，在设定时间点测定反应液在360nm和400nm处吸光度A<subgt;360</subgt;和A<subgt;400</subgt;，结合这四个关键参数可计算得到相应时间点的电荷量。

技术研发人员：闫宁,李志巧,陆赵情,高婷,刘瑞欣
受保护的技术使用者：陕西科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15