CN111024744A - 一种edot聚合反应转化率的测定方法 - Google Patents

一种edot聚合反应转化率的测定方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于导电高分子技术领域,具体涉及一种EDOT聚合反应转化率的测定方法,其特点在于,采用1H‑NMR测试反应体系中EDOT含量,其中CDCl3为NMR测试试剂,苯甲醚为NMR测试内标物,内标物苯甲醚在CDCl3中浓度为0.407mg/ml。本发明所述的1H‑NMR法测定定量准确且适合所有形式的EDOT聚合反应中EDOT的含量测定。

Description

一种EDOT聚合反应转化率的测定方法
技术领域
本发明属于导电高分子技术领域,具体涉及一种EDOT聚合反应转化率的测定方法。
背景技术
聚3,4-乙烯二氧噻吩(PEDOT)是在1989年由德国Bayer公司合成的新型导电高分子聚合物,因其具有高电导率、良好的环境稳定性以及高透光率等优势被广泛的关注。单体EDOT的3,4位直接与氧相连,氧的给电子性增加噻吩环上的电子云密度,降低噻吩单体氧化聚合的氧化电位,从而减少聚合时因过氧化造成的结构缺陷;此外,取代基的位阻使噻吩单体聚合时采用α-α连接,这种连接方式使得PEDOT的结构规整性较好,结构趋于平面化,电导性更好。聚3,4-乙烯二氧噻吩是聚噻吩及其衍生物一类导电聚合物是市场化程度最高的聚噻吩类聚合物。鉴于PEDOT的巨大成功,人们对其结构的修饰和衍生物的制备,新的聚合方法和后处理加工手段的探索从未停止。EDOT的聚合产物PEDOT难溶于水,也不溶于有机溶剂,这给产物的1H-NMR检测带来很大困难。现有EDOT转化率测定通常用气相色谱法。气相色谱法适合反应物为固体的化学氧化聚合,不适合有其他溶液存在的环境下聚合反应中的EDOT的测定。
发明内容
针对上述问题,本发明提出了一种EDOT聚合反应转化率的测定方法,适合所有形式的EDOT聚合反应中EDOT的含量测定,其特点是,采用1H-NMR测试反应体系中EDOT含量,其中CDCl3为NMR测试试剂,苯甲醚为NMR测试内标物,内标物苯甲醚在CDCl3中浓度为0.407mg/ml。
其具体步骤为:
(1)1H-NMR分别测定单体EDOT和内标物苯甲醚的图谱;
(2)将含EDOT与氧化剂的反应体系I聚合反应t时间后,向其中加入含内标物的CDCl3试剂,充分震荡,取底层有机相进行1H-NMR分析,得出反应t时间后,内标物的峰面积AS以及反应物EDOT的峰面积AR
(3)将含EDOT且不含氧化剂的反应体系II作为空白对照,聚合反应t时间后,向其中加入含内标物的CDCl3试剂,充分震荡,取底层有机相进行1H-NMR分析,得出无氧化剂条件下反应t时间后,内标物的峰面积AS空白以及反应物EDOT的峰面积AR空白
(4)按AR/AS确定某反应时间点t的EDOT相对含量,则在该时间点为:
Figure BDA0002282932850000011
AR是反应后剩余体系作NMR测定,其中反应物EDOT的峰面积;
AS是反应后剩余体系作NMR测定,其中内标物的峰面积;
AR空白是无氧化剂反应体系作NMR测定,其中反应物EDOT的峰面积;
AS空白是无氧化剂反应体系作NMR测定,其中内标物的峰面积;
NMR的峰面积实际上是吸收强度,单位μV.s。
步骤(1)中,单体EDOT的添加量为有机溶剂体积的1.5%-5.1%,内标物苯甲醚的浓度分别为0.407mg/ml;
步骤(2)中,反应体系I与含内标物的CDCl3试剂体积比为2.0-14.3。
步骤(3)中,反应体系II与含内标物的CDCl3试剂体积比为2.0-14.3
步骤(2)中含EDOT与氧化剂的反应体系I为溶液形式,例如化学氧化聚合法获得的反应体系等等。
本发明所述的核磁测试条件为:采用Agilent DD2500MHz核磁共振波谱仪,将待测样品300μl置于核磁管中密封,按照以下条件进行核磁共振氢谱的测定:测试温度298.1K,脉冲角45°,弛豫时间1.000s,采集时间2.048s,扫描次数nt=32。选择δ=6.333(s,2H,=CH-S-)处共振峰为供试品EDOT定量峰。EDOT定量峰与δ=3.819(s,3H,-O-CH3)处内标物苯甲醚定量峰完全分离,且不受其它共振峰的干扰,满足定量要求。
本发明中,产物PEDOT本身不溶于大多数溶剂,1H-NMR无法测定,而其反应物EDOT则可以通过筛选某种溶剂,实现1H-NMR测定,通过加入内标物,用1H-NMR测定是可以定量的,所以可以计算出EDOT原来是多少,反应后剩余多少,从而反映出该反应的完成程度。因为本聚合反应没有副反应,所以加入EDOT后除了剩余的EDOT,其余的都会变成PEDOT,因此本发明所述的1H-NMR法测定定量是准确的。另外,因为EDOT在所筛选的溶剂条件下的NMR峰是固定的,容易识别,因此本发明所述转化率测定方法适合所有形式的EDOT的含量测定。
附图说明
图1为内标物苯甲醚1H-NMR谱图;
图2为EDOT 1H-NMR谱图;
图3为EDOT添加量为有机溶剂体积的1.5%,反应6h后反应体系I中内标物以及反应物EDOT的1H-NMR图谱;
图4为EDOT添加量为有机溶剂体积的1.5%,反应6h后空白对照反应体系II中内标物以及反应物EDOT的1H-NMR图谱;
具体实施方式
一种EDOT聚合反应转化率的测定方法,采用1H-NMR测试反应体系中EDOT含量,其中CDCl3为NMR测试试剂,苯甲醚为NMR测试内标物,内标物苯甲醚在CDCl3中浓度为0.407mg/ml。
其具体步骤为:
(1)1H-NMR分别测定单体EDOT和内标物苯甲醚的图谱,单体EDOT的添加量为有机溶剂体积的1.5%,内标物苯甲醚的浓度分别为0.407mg/ml;
(2)将含EDOT与氧化剂的反应体系I聚合反应t时间后,向其中加入含内标物的CDCl3试剂,充分震荡,取底层有机相进行1H-NMR分析,得出反应t时间后,内标物的峰面积AS以及反应物EDOT的峰面积AR
(3)将含EDOT且不含氧化剂的反应体系II作为空白对照,聚合反应t时间后,向其中加入含内标物的CDCl3试剂,充分震荡,取底层有机相进行1H-NMR分析,得出无氧化剂条件下反应t时间后,内标物的峰面积AS空白以及反应物EDOT的峰面积AR空白
(4)按AR/AS确定某反应时间点t的EDOT相对含量,则在该时间点为:
AR是反应后剩余体系作NMR测定,其中反应物EDOT的峰面积;
AS是反应后剩余体系作NMR测定,其中内标物的峰面积;
AR空白是无氧化剂反应体系作NMR测定,其中反应物EDOT的峰面积;
AS空白是无氧化剂反应体系作NMR测定,其中内标物的峰面积;
NMR的峰面积实际上是吸收强度,单位μV.s。
步骤(2)中,反应体系I与含内标物的CDCl3试剂体积比为2.0。
步骤(3)中,反应体系II与含内标物的CDCl3试剂体积比为2.0。
所述的核磁测试条件为采用Agilent DD2500MHz核磁共振波谱仪,将待测样品300μl置于核磁管中密封,按照以下条件进行核磁共振氢谱的测定:测试温度298.1K,脉冲角45°,弛豫时间1.000s,采集时间2.048s,扫描次数nt=32。选择δ=6.333(s,2H,=CH-S-)处共振峰为供试品EDOT定量峰。EDOT定量峰与δ=3.819(s,3H,-O-CH3)处内标物苯甲醚定量峰完全分离,且不受其它共振峰的干扰,满足定量要求。
本发明中,为了更加适应所述的测试条件,所述的含EDOT与氧化剂的反应体系I的聚合反应采用以下方法,具体包括以下步骤:
(1)向干燥反应器中加入超纯水5ml,然后加入有机溶剂、乳化剂和EDOT;0-5℃条件下超声,得混合乳液;
(2)将混合乳液用超纯水稀释,向其中加入FeCl3水溶液,反应制备PEDOT。
步骤(1)中,所述超纯水与有机溶剂的体积比为8:1。
步骤(1)中,所述的有机溶剂选自己二醇和二氯甲烷的混合物,以体积比计,己二醇:二氯甲烷=1:5。
步骤(1)中,所述的乳化剂选自阴离子表面活性剂SDS。步骤(1)中,所述的乳化剂的用量为有机溶剂总质量的0.3%。所述EDOT添加量为有机溶剂体积的1.5%。
步骤(1)中,所述的超声时间为10min,超声过程分5次操作,每次2min,间隔1min。
步骤(2)中,所述的混合乳液与超纯水的体积比为15:85。
所述的FeCl3水溶液为100mg/ml的FeCl3水溶液。
步骤(2)中,以质量比计,FeCl3:EDOT=2:1。
EDOT含量(相对于有机相质量)为1.5%的纳米乳液体系中EDOT发生聚合反应后,分别于0h、2h、6h、12h、24h、48h、96h时间点以1H-NMR测定EDOT含量(每个时间点测定三次),与空白试样对比,得EDOT相对残留率。
采用上述方法,本发明测定了不同EDOT含量纳米乳液界面反应中不同反应时间下EDOT残留百分含量,为了保证准确性,不同反应时间点分别测定三次,取平均数值,结果具体如下:
不同EDOT含量纳米乳液界面反应中不同反应时间下EDOT残留百分含量
Figure BDA0002282932850000041
聚合转化率=参与反应的单体量/投入单体总量*100%,收率=PEDOT产量/投入单体总量*100%。本聚合反应属于逐步聚合反应,参与反应的单体量最终全部转化为PEDOT产物,因此,聚合转化率=收率。EDOT在本两相体系中处于油相,和CDCl3试剂有很好的相容性,因此测定未反应EDOT的量,可以确定PEDOT的收率。

Claims (6)

1.一种EDOT聚合反应转化率的测定方法,其特征在于,采用1H-NMR测试反应体系中EDOT含量,其中CDCl3为NMR测试试剂,苯甲醚为NMR测试内标物,内标物苯甲醚在CDCl3中浓度为0.407mg/ml。
2.根据权利要求1所述的一种EDOT聚合反应转化率的测定方法,其特征在于,其具体步骤为:
(1)1H-NMR分别测定单体EDOT和内标物苯甲醚的图谱;
(2)将含EDOT与氧化剂的反应体系I聚合反应t时间后,向其中加入含内标物的CDCl3试剂,充分震荡,取底层有机相进行1H-NMR分析,得出反应t时间后,内标物的峰面积AS以及反应物EDOT的峰面积AR
(3)将含EDOT且不含氧化剂的反应体系II作为空白对照,聚合反应t时间后,向其中加入含内标物的CDCl3试剂,充分震荡,取底层有机相进行1H-NMR分析,得出无氧化剂条件下反应t时间后,内标物的峰面积AS空白以及反应物EDOT的峰面积AR空白
(4)按AS/AR确定某反应时间点t的EDOT相对含量,则在该时间点为:
Figure FDA0002282932840000011
AR是反应后剩余体系作NMR测定,其中反应物EDOT的峰面积;
AS是反应后剩余体系作NMR测定,其中内标物的峰面积;
AR空白是无氧化剂反应体系作NMR测定,其中反应物EDOT的峰面积;
AS空白是无氧化剂反应体系作NMR测定,其中内标物的峰面积;
NMR的峰面积实际上是吸收强度,单位μV.s。
3.根据权利要求1所述的一种EDOT聚合反应转化率的测定方法,其特征在于,所述的核磁测试条件为:采用Agilent DD2 500MHz核磁共振波谱仪,测试温度298.1K,脉冲角45°,弛豫时间1.000s,采集时间2.048s,扫描次数nt=32。
4.根据权利要求2所述的一种EDOT聚合反应转化率的测定方法,其特征在于,步骤(2)中,反应体系I与含内标物的CDCl3试剂体积比为2.0-14.3。
5.根据权利要求2所述的一种EDOT聚合反应转化率的测定方法,其特征在于,步骤(3)中,反应体系II与含内标物的CDCl3试剂体积比为2.0-14.3。
6.根据权利要求2所述的一种EDOT聚合反应转化率的测定方法,其特征在于,步骤(2)中含EDOT与氧化剂的反应体系I为溶液形式。
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