專利名稱：測定聚丙烯腈聚合液中水分含量的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及檢測領域。具體地說，本發(fā)明涉及測定聚丙烯腈聚合液中水分含量的方法。
背景技術：
碳纖維是20世紀60年代開發(fā)成功的一種高強度、高模量材料，廣泛應用于航空航天、體育休閑用品和一般工業(yè)領域。由聚丙烯腈(PAN)制得的碳纖維，生產工藝較其它方法簡單，產品的力學性能良好，因此得到了迅速發(fā)展。聚丙烯腈(PAN)原絲是制備高性能碳纖維的基礎，是制約我國碳纖維發(fā)展的瓶 頸。碳纖維的最終性能很大程度上取決于原絲的質量。而聚合是制備原絲的第一步，高品質的聚丙烯腈聚合物是制備優(yōu)質原絲的前提。因此，聚丙烯腈聚合原液中雜質含量必須進行嚴格控制。其中，聚合液中水含量過大會導致聚合液產生大量凝膠，低了聚丙烯腈聚合物的品質，容易產生斷絲、糊板或造成原絲中的缺陷。因此，在聚合源頭控制其中的水含量，是可以保證其原絲的品質。然而，目前現(xiàn)有技術中對于聚丙烯腈聚合液中水含量的測定尚沒有操作簡便、快速而準確的方法。因此，本領域急需能夠快速準確，同時簡便地測定聚丙烯腈聚合液中水含量的方法。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是提供一種快速、簡便、準確地測定聚丙烯腈聚合液中水含量的方法。在第一方面，本發(fā)明提供一種測定聚丙烯腈聚合液中水分含量的方法，所述方法包括以下步驟a.在密封容器中利用與水互溶的極性有機溶劑萃取聚丙烯腈聚合液中的水；b.測試萃取出來的水分；c.利用所述極性有機溶劑進行溶劑空白測試；d.利用以下公式計算水分含量；H2O (%) =E(C1-C0)*!^/11^*100%mQ :加入的有機溶劑重量；In1 :加入的聚合液重量；C。有機溶劑空白液含水率；C1 :有機溶劑萃取液含水率。在具體的實施方式中，所述的極性有機溶劑包括與水互溶，且不溶解聚丙烯腈的極性有機溶劑。在具體的實施方式中，所述的極性有機溶劑包括低級一元醇或二元醇或丙酮,或它們的混合溶劑。
在具體的實施方式中，所述的極性有機溶劑包括甲醇、乙醇、丙醇或乙二醇。在進一步具體的實施方式中，所述的極性有機溶劑是甲醇。在優(yōu)選的實施方式中，所述的極性有機溶劑的含水量為0%_0. 2%。在具體的實施方式中，所述極性有機溶劑與聚丙烯腈聚合液的重量比是5:1 _100:1，優(yōu)選 10:1 - 50:1，最優(yōu)選 10:1-20:1。在具體的實施方式中，所述萃取的時間為20-240min，優(yōu)選20-120min，更優(yōu)選20_40mino在具體的實施方式中，所述萃取的溫度為15_45°C，優(yōu)選15_25°C。在具體的實施方式中，利用卡爾費休水分測定儀進行所述步驟b。在進一步的具體實施方式
中，所述方法在檢測聚丙烯腈聚合液中水分含量之后還包括以下步驟a’ .另取聚丙烯腈聚合液，在密封容器中利用水萃取聚丙烯腈聚合液中的丙烯腈單體；b’ .采用氣相色譜法檢測丙烯腈單體含量；和c’ .通過換算得到所述聚丙烯腈聚合液中的丙烯腈單體含量。在優(yōu)選的實施方式中，所述水與所述聚丙烯腈聚合液的重量比是10:1 - 400:1，優(yōu)選 20:1 - 200:1，更優(yōu)選 30:1 - 100:1。在優(yōu)選的實施方式中，采用內標法進行所述氣相色譜法。在優(yōu)選的實施方式中，所述內標法利用的內標物是Cm低級醇，優(yōu)選甲醇、乙醇或丙醇，更優(yōu)選乙醇。在優(yōu)選的實施方式中，所述水包括去離子水、蒸餾水、反滲透水或超純水。應理解，在本發(fā)明范圍內中，本發(fā)明的上述各技術特征和在下文(如實施例)中具體描述的各技術特征之間都可以互相組合，從而構成新的或優(yōu)選的技術方案。限于篇幅，在
此不再一一累述。


圖I顯示了實施例4所得的色譜圖。
具體實施例方式發(fā)明人經過研究，利用聚丙烯腈聚合液與特定量的某些極性有機溶劑混合后使得聚丙烯腈固化，聚丙烯腈聚合液中的水被萃取入該極性有機溶劑中，從而快速、簡便而準確地測定萃取出來的水分。在此基礎上完成了本發(fā)明。本發(fā)明方法本發(fā)明提供一種快速、簡便而準確地測定聚丙烯腈聚合液中水分含量的方法，所述方法包括以下步驟a.在密封容器中利用與水互溶的極性有機溶劑萃取聚丙烯腈聚合液中的水；b.測試萃取出來的水分；c.利用所述極性有機溶劑進行溶劑空白測試； d.利用以下公式計算水分含量；
H2O (%) = [ (C1-C0) *m0] /111^100%m0 :加入的有機溶劑重量；In1 :加入的聚合液重量；C0 :有機溶劑空白液含水率；C1 :有機溶劑萃取液含水率。在具體的實施方式中，所述極性有機溶劑與聚丙烯腈聚合液的重量比是5:1 _100:1，優(yōu)選 10:1 - 50:1，最優(yōu)選 10:1-20:1。在具體的實施方式中，所述萃取的時間為2(T240min，優(yōu)選20_120min，更優(yōu)選 20_40mino在具體的實施方式中，所述萃取的溫度為15_45°C，優(yōu)選15_25°C。本文所用的術語“與水互溶的極性有機溶劑”與本領域普通技術人員常規(guī)理解的含義相同，其指能與水互溶、極性參數(shù)大于等于4. 0的有機溶劑。在具體的實施方式中，本發(fā)明的極性有機溶劑包括能與水互溶，且不溶解聚丙烯腈的極性有機溶劑。在優(yōu)選的實施方式中，本發(fā)明的極性有機溶劑包括低級一元醇或二元醇或丙酮，或它們的混合溶劑。在優(yōu)選的實施方式中，本發(fā)明的極性有機溶劑包括甲醇、乙醇、丙醇、乙二醇或丙酮，或它們的混合溶劑。在最優(yōu)選的實施方式中，本發(fā)明的極性有機溶劑是甲醇。本發(fā)明的極性有機溶劑是無水的，或含有極其微量的水。在具體的實施方式中，本發(fā)明的極性有機溶劑的含水量為0%-0. 2%。在本發(fā)明方法中，對于萃取入有機溶劑中的水分的測定可采用本領域普通技術人員熟知的各種方法。在優(yōu)選的實施方式中，本發(fā)明方法采用卡爾費休水分測定法檢測萃取入有機溶劑中的水分。在具體的實施方式中，所述方法在檢測聚丙烯腈聚合液中水分含量之后還包括以下步驟a’ .另取聚丙烯腈聚合液，在密封容器中利用水萃取聚丙烯腈聚合液中的丙烯腈單體；b’ .采用氣相色譜法檢測丙烯腈單體含量；和c’ .通過換算得到所述聚丙烯腈聚合液中的丙烯腈單體含量。在優(yōu)選的實施方式中，所述水與所述聚丙烯腈聚合液的重量比是10:1 - 400:1，優(yōu)選 20:1 - 200:1，更優(yōu)選 30:1 - 100:1。在優(yōu)選的實施方式中，采用內標法進行所述氣相色譜法。在優(yōu)選的實施方式中，所述內標法利用的內標物是Cm低級醇，優(yōu)選甲醇、乙醇或丙醇，更優(yōu)選乙醇。在優(yōu)選的實施方式中，所述水包括去離子水、蒸餾水、反滲透水或超純水。本發(fā)明方法的優(yōu)點I.操作簡便；2.快速準確；3.再現(xiàn)性高。下面結合具體實施例，進一步闡述本發(fā)明。應理解，這些實施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。下列實施例中未注明具體條件的實驗方法，通常按照常規(guī)條件，或按照制造廠商所建議的條件。除非另外說明，否則百分比和份數(shù)是重量百分比和重量份數(shù)。實施例實施例I在密封性極好的樣品瓶中加入甲醇溶液，稱取其重量為27. 6318g (精確至0. OOOlg),于上述樣品瓶中注入聚丙烯腈聚合液2. 0949g (精確至0. OOOlg),然后置于干燥器中萃取30min。按上述步驟同樣進行甲醇溶劑空白處理(樣品瓶內不加入聚丙烯腈聚合液，其他步驟同樣處理)。最后，使用卡爾費休水分測定儀迅速完成測試。按以下公式計算
含量H2OmQ:加入的甲醇重量；In1 :加人的聚合液重量；C0 甲醇空白液含水率；C1:甲醇萃取液含水率。測試值Ctl=O. 026%, C1=O. 047%,計算得聚合液含水率為0. 28%。實施例2采用與實施例I相同的步驟，對同一聚丙烯腈聚合液進行測試。實驗結果為111。=27.8047，1^=2. 1694，C0=O. 026%, C1=O. 046%。計算得聚合液含水率為0. 26%。實施例3采用與實施例I相同的步驟，對同一聚丙烯腈聚合液進行測試。實驗結果為m。=28.0342, Hi1=2. 3692, C0=O. 026%, C1=O. 049%。計算得聚合液含水率為0. 27%。由實施例1-3可知，本發(fā)明的 檢測方法具有很高的再現(xiàn)性。實施例4用帶刻度的注射器吸取一定量的聚合液，將I 2g樣品注入含有IOOmL蒸餾水的密封瓶中，擰緊瓶蓋，精確稱量注入密封瓶聚合液樣品質量。同樣操作共稱量6個樣品，質量分另IJ 為:1. 6748g、2. 1779g、I. 2578g、I. 7040g、I. 5255g、I. 6221g，樣品放置在 50 V 恒溫水浴振蕩器中震蕩30min。冷卻后，分別加入IOyL乙醇內標，搖勻。用微量注射器吸AluL樣品，依次注入氣相色譜儀進行實驗，在選定的色譜柱條件(色譜選定條件色譜柱30mX0. 32mm，0. 5 iim的毛細管柱，柱箱初始溫度50 70°C，升溫速率10 20°C /min，終止溫度為160 200°C，分流比30:1，進樣口溫度為160 180°C，氫氣流量30mL/min，空氣流量300mL/min，氮氣流量30mL/min，檢測器采用氫火焰離子化檢測器(FID)，檢測器溫度為200 300°C)下進行測量丙烯腈單體的峰面積，通過內標法計算聚合液中丙烯腈濃度。丙烯腈含量分別為2. 61%,2. 56%,2. 55%,2. 61%,2. 59%,2. 60%，平均值值為2. 59%，結果標準偏差(SD)為 0. 026。本實施例所得的色譜圖如圖I所示，從圖I可以看出，本實施例所得的色譜圖干凈且無干擾性雜峰。
在本發(fā)明提及的所有文獻都在本申請中引用作為參考，就如同每一篇文獻被單獨 引用作為參考那樣。此外應理解，在閱讀了本發(fā)明的上述講授內容之后，本領域技術人員可以對本發(fā)明作各種改動或修改，這些等價形式同樣落于本申請所附權利要求書所限定的范圍。
權利要求
1.一種測定聚丙烯腈聚合液中水分含量的方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟 a.在密封容器中利用與水互溶的極性有機溶劑萃取聚丙烯腈聚合液中的水； b.測試萃取出來的水分； c.利用所述極性有機溶劑進行溶劑空白測試； d.利用以下公式計算水分含量； H2O (%) = [ (C1-C0) *m0] /111^100% m0 :加入的有機溶劑重量； Hi1 :加入的聚合液重量； C0 :有機溶劑空白液含水率； C1:有機溶劑萃取液含水率。
2.如權利要求I所述的方法，其特征在于，所述的極性有機溶劑包括與水互溶，且不溶解聚丙烯腈的極性有機溶劑。
3.如權利要求2所述的方法，其特征在于，所述的極性有機溶劑包括低級一元醇或二元醇或丙酮，或它們的混合溶劑。
4.如權利要求3所述的方法，其特征在于，所述的極性有機溶劑包括甲醇、乙醇、丙醇或乙二醇。
5.如權利要求4所述的方法，其特征在于，所述的極性有機溶劑是甲醇。
在一優(yōu)選例中，所述的極性有機溶劑的含水量為0%-0. 2%。
6.如權利要求I所述的方法，其特征在于，所述極性有機溶劑與聚丙烯腈聚合液的重量比是 5:1 - 100:1，優(yōu)選 10:1 - 50:1，最優(yōu)選 10:1-20:1。
7.如權利要求I所述的方法，其特征在于，所述萃取的時間為20-240min，優(yōu)選20-120min，更優(yōu)選 20_40min。
8.如權利要求I所述的方法，其特征在于，所述萃取的溫度為15-45°C，優(yōu)選15-25°C。
9.如權利要求I所述的方法，其特征在于，利用卡爾費休水分測定儀進行所述步驟b。
10.如權利要求I所述的方法，其特征在于，所述方法在檢測聚丙烯腈聚合液中水分含量之后還包括以下步驟 a’ .另取聚丙烯腈聚合液，在密封容器中利用水萃取聚丙烯腈聚合液中的丙烯腈單體； b’ .采用氣相色譜法檢測丙烯腈單體含量；和 c’ 通過換算得到所述聚丙烯腈聚合液中的丙烯腈單體含量。
全文摘要
本發(fā)明提供了利用與水互溶的極性有機溶劑測定的方法。本發(fā)明的方法彌補了現(xiàn)有技術中無法檢測聚丙烯腈聚合液中水分含量的缺陷，并且具有操作簡便、快速準確、再現(xiàn)性高等優(yōu)點。本發(fā)明還提供在測定所述聚丙烯腈聚合液中水分含量之后，再測定聚丙烯腈聚合液中丙烯腈單體含量的方法。
文檔編號G01N30/02GK102788864SQ201210222388
公開日2012年11月21日 申請日期2012年6月27日 優(yōu)先權日2012年6月27日
發(fā)明者李德宏, 渠麗景, 皇靜, 賀海明, 鐘俊俊, 陳禮群 申請人:中國科學院寧波材料技術與工程研究所