用于測定纖維中硫含量的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及用于測量纖維或聚合物樣品中的硫含量的方法，所述方法包括：a)使所述樣品與包含氫氧化鈉的溶液接觸以將硫轉化成硫酸鈉；b)在加熱爐中燃燒步驟a)的樣品以基本上除去全部有機材料以產生殘余物；c)將所述殘余物溶解于濃硝酸中；以及d)使用電感耦合等離子體(ICP)發(fā)射光譜法測定所述樣品的硫含量。
【專利說明】用于測定纖維中硫含量的方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及測定有機纖維和聚合物樹脂中的硫含量的方法。
【背景技術】
[0002]在過去幾十年中聚合物化學和技術的發(fā)展啟動了高性能聚合物纖維的發(fā)展。例如，剛性棒狀聚合物的液晶聚合物溶液可通過將液晶聚合物溶液紡絲成紡液長絲，從紡液長絲去除溶劑、洗滌和干燥纖維；以及如果需要，將所述干燥的纖維進一步熱處理以增加拉伸特性而形成為高強度纖維。高性能聚合物纖維的一個例子是對位芳族聚酰胺纖維例如聚(對苯二甲酰對苯二胺)(“PPD-T ”或“PPTA” )。
[0003]能夠制備高性能纖維的聚合物的許多其它例子是已知的并且許多此類聚合物和共聚物可溶于濃硫酸中。常用的溶劑如硫酸是用于實現(xiàn)此類聚合物的液晶濃度的優(yōu)選的溶劑并提供具有吸引力的經濟性的纖維制造方法。然而，由硫酸溶液處理聚合物可導致殘余量的硫以不可取的雜質的形式保留在經處理纖維中或摻入聚合物本身。
[0004]已確定除去由硫酸處理的紡絲纖維或中間體纖維中的硫可改善某些紗線的物理特性，因此期望用于測定硫含量的精確方法。然而，精確測定纖維中的硫含量是困難的。在一些情況下，尤其是在低硫濃度時，傳統(tǒng)的燃燒/氣相色譜法可能缺乏精度和/或再現(xiàn)性，并且為了改善置信度需要更多的樣品測量。因此，本領域中需要改善的方法。

【發(fā)明內容】

[0005]在一些方面，本發(fā)明涉及用于測量纖維或聚合物樣品中的硫含量的方法，所述方法包括:a)使所述樣品與包含氫氧化鈉的溶液接觸以將硫轉化成硫酸鈉，b)在加熱爐中燃燒步驟a)的樣品以基本上除去全部有機材料以產生殘余物；c)將所述殘余物溶解于濃硝酸中；以及d)使用電感耦合等離子體(ICP)發(fā)射光譜法測定所述樣品的硫含量。
[0006]在某些實施例中，在步驟a)中使用0.01至IN氫氧化鈉的水溶液。在一些實施例中，包括在步驟b)之前的附加步驟，將步驟a)的樣品加熱以從所述樣品中除去殘余液體的至少一部分。
【具體實施方式】
[0007]通過參見與附圖及實施例相關的以下發(fā)明詳述可更易于理解本發(fā)明，所述附圖及例子形成本發(fā)明公開的一部分。應當理解，本發(fā)明并不限于本文所述和/或所示的具體裝置、方法、條件或參數(shù)，并且本文所用的術語僅為了以舉例的方式描述具體實施例的目的，并不旨在限制受權利要求書保護的本發(fā)明。
[0008]可將纖維或聚合物樹脂樣品置于任何合適的容器中，用于用稀堿處理。此類容器應該為不以干擾獲得精確硫含量測量的方式污染樣品的容器。一種合適的容器為石英坩堝。
[0009]纖維或聚合物樹脂的用量應適于制備足以通過ICP進行分析的樣品。在一些實施例中，使用0.3至0.6克樣品。該方法尤其可用于更精確測量硫含量為I重量％或更小，優(yōu)選地0.1重量％或更小的樣品的硫含量，并尤其可用于硫含量為0.05重量％或更小的樣品O
[0010]向容器中的纖維樣品加入稀堿，使得樣品優(yōu)選被溶液覆蓋。在一些實施例中，樣品覆蓋有最小量的溶液，從而使必須在另外的步驟中蒸發(fā)的液體最少。可利用將樣品的全部硫內容物轉化成硫酸鈉的任何溶液濃度。在一些實施例中，利用0.01至IN氫氧化鈉溶液。一個優(yōu)選的實施例使用0.1N氫氧化鈉溶液。將樣品浸入氫氧化鈉溶液中并持續(xù)一定時間，所述時間足以將纖維樣品中的硫內容物轉化成硫酸鈉；該時間優(yōu)選為15分鐘或更長。不受理論的束縛，據(jù)信以這種方式用堿處理樣品抑制了灰化期間硫的揮發(fā)和損失。
[0011]可將包含纖維或聚合物樹脂樣品和稀堿溶液的容器加熱直至大部分液體蒸發(fā)。優(yōu)選，使基本上所有液體蒸發(fā)?？蓪岚寤蚱渌鼰嵩从糜谡舭l(fā)。在一個優(yōu)選的實施例中，液體緩慢地蒸發(fā)。在一些優(yōu)選的實施例中，需要的時間為10分鐘至一小時。在一個實施例中，蒸發(fā)花費約30分鐘。
[0012]然后使干燥的纖維或聚合物樹脂樣品灰化。任何合適的燃燒方法均可用于灰化。在一些實施例中，可利用馬弗爐，諸如Thermolyne62770加熱爐。在一些實施例中，將所述加熱爐設定為400-800°C的溫度。在一個實施例中，使用約600°C的溫度?；一瘧M行一定時間，以允許基本上完全灰化。在一些實施例中，所述時間為2-10小時。在一個實施例中，所述時間為約5小時。
[0013]灰化后，使所得的樣品與濃硝酸(優(yōu)選商品級)接觸，然后將所得的混合物用純化水(諸如Mill1-Q水)稀釋以制備適用于ICP分析的樣品。在一些實施例中，使用20: I至5:1的水對酸的比率。在一個優(yōu)選的實施例中，使用2克硝酸和25克水。
[0014]然后，可將所得的溶液從容器轉移到離心管中，然后通過電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀以軸向模式進行分析。結果使用空白、諸如IOppm硫標準和IOOppm硫標準來校準。此類標準可得自位于 Charleston, South Carolina 的 High Purity Standards。
[0015]電感耦合等離子體(ICP)發(fā)射光譜法是本領域熟知用于檢測和量化樣品中痕量金屬的工具。所述方法利用產生激發(fā)態(tài)原子和離子的電感耦合等離子體。這些激發(fā)態(tài)原子和離子在對特定元素而言是特征性的波長下發(fā)射電磁輻射?；谏渚€強度，可通過與已知濃度的樣品比較來測定樣品內元素的濃度。適用于進行這種分析的一種器械為PerkinElmer5400DV電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀。
[0016]如包括所附權利要求的說明書中所用，單數(shù)形式“一種”、“一個”和“該/所述”包括復數(shù)，并且提及的具體數(shù)值至少包括該具體值，除非上下文清楚地另外指明。當表述數(shù)值的范圍時，另一個實施例包括從一個具體值和/或到另一個具體值。類似地，當數(shù)值被表示為近似值時，應當理解，通過利用先行詞“大約”，特定值形成另一個實施例。所有的范圍包括端值在內并且是可結合的。當任何組分或任何公式中的任何變量不止一次出現(xiàn)時，其每次出現(xiàn)的定義與每次在其它地方出現(xiàn)的定義無關。僅在取代基和/或變量的組合形成穩(wěn)定化合物時，才允許此類組合。
[0017]本發(fā)明由下列例子示出，所述例子實際上不旨在進行限制。
[0018]測試方法
[0019]使用FLASH2000自動元素分析儀通過燃燒測定硫(常規(guī)測試方法)。[0020]在該測試方法中，硫百分比通過燃燒測定并根據(jù)ASTM D4239方法B來測量。仔細稱取適量樣品(通常2.5-4.5mg)和五氧化釩促進劑(通常1mg)置于錫膠囊中。然后將所述膠囊放入保持在900-1000°C溫度下的氧化/還原反應器中。在精確的時間下，將樣品的最佳燃燒所需的精確量氧氣遞送入燃燒反應器中。與氧氣的放熱反應使溫度上升至1800°C并持續(xù)數(shù)秒。在該高溫下，有機物質和無機物質均被轉化成元素性氣體，所述元素性氣體在進一步還原(還原成氮氣、二氧化碳、水和二氧化硫)之后，在色譜柱中分離并最終通過高度敏感的熱導率檢測器(TCD)檢測。
[0021 ] 用于碳、氫、氮和硫(CHNS)的典型運行條件:
[0022]
【權利要求】
1.一種測量纖維或聚合物樹脂樣品中的硫含量的方法，所述方法包括: a)使所述樣品與包含氫氧化鈉的溶液接觸以將所述硫轉化成硫酸鈉； b)在加熱爐中燃燒步驟a)的樣品以基本上除去全部有機材料以產生殘余物； c)將所述殘余物溶解于濃硝酸中； d)使用電感耦合等離子體(ICP)發(fā)射光譜法測定所述樣品的硫含量。
2.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中所述包含氫氧化鈉的溶液為具有在0.0l至IN范圍內的氫氧化鈉含量的水溶液。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的方法，其中在步驟b)之前，將步驟a)的纖維或聚合物樹脂樣品加熱以從所述樣品中除去至少一部分殘余的液體。
4.根據(jù)權利要求1-3中任一項所述的方法，其中所述纖維或聚合物樹脂樣品能夠溶于濃硫酸中。
【文檔編號】G01N33/44GK104040334SQ201280066543
【公開日】2014年9月10日 申請日期:2012年1月11日 優(yōu)先權日:2012年1月11日
【發(fā)明者】J.S.特奇里特 申請人:納幕爾杜邦公司