CN111474258A - 叠氮缩水甘油聚醚支化程度的测定方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种叠氮缩水甘油聚醚支化程度的测定方法,包括步骤1,将叠氮缩水甘油聚醚和线性标准品分别用四氢呋喃溶解,形成检测样品溶液和线性标准品溶液;步骤2,采用带有十八角度激光光散射仪和示差折光仪的凝胶渗透色谱联用仪,测试温度为20~40℃,流速为0.8mL/min~1.2mL/min,进样量为50μL~150μL;步骤3,在确定好的检测条件下对检测样品进行检测,根据示差折光仪下得到的检测样品折光指数增量,测定出检测样品的回转半径,根据线性标准品的折光指数增量,测定线性标准品的回转半径;计算叠氮缩水甘油醚与线性标准品的均方回转半径的比值,得到叠氮缩水甘油醚的支化因子。本发明测定方法可以有效、直接性的测定叠氮缩水甘油聚醚支化程度。

Description

叠氮缩水甘油聚醚支化程度的测定方法
技术领域
本发明涉及航天燃料高分子化学领域的色谱分析法,具体地说是一种叠氮缩水甘油醚支化程度的测定方法。
背景技术
叠氮缩水甘油聚醚有着正生成热、高密度、低感度和低玻璃转化温度的优势,与高能氧化剂有良好的相容性,常作为燃气发生剂的高能粘合剂。作为高分子聚合物,高分子量的叠氮缩水甘油醚具有一定程度的支链结构,研究不同生产、合成条件下叠氮缩水甘油醚粘合剂的支化程度对于航天燃料稳定性研究尤为重要,叠氮缩水甘油醚粘合剂支化程度如何检测的问题亟待解决,然而,目前尚未有成熟的、直接性的量化叠氮缩水甘油聚醚支化程度的测定方法可供使用。
发明内容
为了解决现有技术中存在的问题,本发明人进行了锐意研究,提供了一种测定叠氮缩水甘油聚醚支化程度的方法,使用十八角度激光光散射仪(LS)、和示差折光仪(DRI)两检测器与凝胶渗透色谱(GPC)联用仪检测叠氮缩水甘油醚和线性聚苯乙烯的回转半径Rg,通过叠氮缩水甘油聚醚与线性聚苯乙烯的均方回转半径之比求得叠氮缩水甘油聚醚的支化程度。该测定方法可以有效、直接性的测定叠氮缩水甘油聚醚支化程度,从而完成本发明。
本发明的目的在于提供以下技术方案:
叠氮缩水甘油聚醚支化程度的测定方法,包括以下步骤:
步骤1,制备检测样品溶液:将叠氮缩水甘油聚醚和线性标准品分别用四氢呋喃充分溶解,形成检测样品溶液和线性标准品溶液;
步骤2,确定检测条件:采用带有十八角度激光光散射仪和示差折光仪的凝胶渗透色谱联用仪,测试温度为20~40℃,流速为0.8mL/min~1.2mL/min,进样量为50μL~150μL,测定时样品依次流过凝胶色谱柱、十八角度激光光散射仪和示差折光仪;
步骤3,含量测定:在确定好的检测条件下对检测样品进行检测,根据示差折光仪下得到的检测样品折光指数增量,测定出检测样品的回转半径,根据线性标准品的折光指数增量,测定线性标准品的回转半径;计算叠氮缩水甘油醚与线性标准品的均方回转半径的比值,得到叠氮缩水甘油醚的支化因子g,即支化程度。
本发明提供的一种叠氮缩水甘油聚醚支化程度的测定方法,带来了有益的技术效果:
(1)本发明中确定了适宜的叠氮缩水甘油聚醚粘合剂检测条件,在相应处理条件下能够得到信号强度较好的谱图;
(2)对于无法获取相对分子量相似的线性标样,选取了高分子量的聚苯乙烯作为线性参考标样,聚苯乙烯的重复单元结构的分子量为110,而叠氮缩水甘油聚醚的重复单元结构的分子量为99,两者在相同相对分子量下线性分子的Rg相差较少,由聚苯乙烯作为线性标样来计算叠氮缩水甘油聚醚支化程度的结果可靠性较高。聚苯乙烯线性标样广泛易得,提高了测试方法的推广普适性;
(3)本发明测定方法可以有效、直接性的测定叠氮缩水甘油聚醚支化程度,检测方法准确性高,检测仪器使用广泛,利于推广。
附图说明
图1示出本发明实施例1中叠氮缩水甘油聚醚与线性聚苯乙烯的logRg与logMw关系图。
具体实施方式
下面通过附图和实施例对本发明进一步详细说明。通过这些说明,本发明的特点和优点将变得更为清楚明确。
一种叠氮缩水甘油聚醚支化程度的测定方法,包括以下步骤:
步骤1,制备检测样品溶液:将叠氮缩水甘油聚醚和线性标准品分别用四氢呋喃充分溶解,形成检测样品溶液和线性标准品溶液;
步骤2,确定检测条件:采用带有十八角度激光光散射仪和示差折光仪的凝胶渗透色谱联用仪,测试温度为20~40℃,流速为0.8mL/min~1.2mL/min,进样量为50μL~150μL,测定时样品依次流过凝胶色谱柱、十八角度激光光散射仪和示差折光仪;
步骤3,含量测定:在确定好的检测条件下对检测样品进行检测,根据示差折光仪下得到的检测样品折光指数增量(dn/dc值),测定出检测样品的回转半径,根据线性标准品的折光指数增量,测定标准品的回转半径;计算叠氮缩水甘油醚与线性标准品的均方回转半径(Rg)2的比值,得到叠氮缩水甘油醚的支化因子g,即支化程度。
本发明中,步骤1中,制备检测样品溶液的具体方式为:将叠氮缩水甘油聚醚原料置于四氢呋喃溶液中,溶解期间25℃~40℃水浴下促溶,次数为2~5次,每次10~30分钟,优选于40℃水浴下促溶,次数为3次,每次30分钟,溶解后室温放置超过8h。
此时,检测样品的溶液浓度为4~6mg/mL,优选为5mg/mL。待测溶液浓度与检测准确性密切相关,若浓度过低且低于上述范围的最小值,则激光光散射仪检测得到的信号偏低,绘制的色谱曲线稀疏,结果不准确;若浓度过高且高于上述范围的最大值,则样品分子在溶液中受分子间作用力干扰。
对于聚合物的支化程度的衡量方法有多种,其中一种方式为采用支化因子g衡量。
Figure BDA0002456168130000031
其中,
Figure BDA0002456168130000032
为支化聚合物均方回转半径,
Figure BDA0002456168130000033
为线性聚合物均方回转半径。g值越小,说明高分子线团紧缩程度越大,聚合物的支化程度越大。这种方法的缺陷是:需要合成相对分子量相似的线性标样来作为参考,而叠氮缩水甘油醚粘合剂的线性样品分子量较低,在3000~5000相对分子量内,小于激光光散射仪的检测下限10nm,无法得到线性标样的Rg。
本发明人经过大量试验验证发现,对于无法获取相对分子量相似的线性标样,选取了高分子量的线性聚苯乙烯作为线性参考标样。线性聚苯乙烯的重复单元结构的分子量为110,而叠氮缩水甘油醚的重复单元结构的分子量为99,两者在相同相对分子量下线性分子的Rg相差较少,由线性聚苯乙烯作为线性标样来计算叠氮缩水甘油醚支化程度的结果可靠性较高。线性聚苯乙烯线性标样广泛易得,提高了测试方法的推广普适性。
本发明中步骤1中,线性聚苯乙烯的重均分子量为170万~209万。线性聚苯乙烯的重均分子量对于测试准确性至关重要,理论上聚苯乙烯的分子量大小只要高于30万左右即可,检测到Rg大于仪器检测下限10nm;然而,线性聚苯乙烯还要有一定的分子量分布范围,能做出Rg与Mw的关系曲线。因而选择分子量较大的标样,重均分子量为170万~209万,以具有一定的分子量分布范围。
在本发明,线性标准品的浓度为4~6mg/mL,优选为5mg/mL。
本发明步骤2中,凝胶排阻色谱柱用于对不同分子量的组分进行分离;示差折光仪用于提供折光指数增量;十八角度激光光散射仪用于根据折光指数增量获得重均分子量Mw及回转半径Rg。
本发明人在试验中发现,叠氮缩水甘油醚的分子量分布范围极广,重均分子量Mw可达102~105,常规检测方法难以充分分离分子量范围如此之宽的聚合物。经过大量试验,本发明人创造性的采用特定色谱柱串联的方式有效解决了该问题。本发明中,优选采用Shodex KF 802.5、KF 803和KF 804三根凝胶色谱柱串联;其中,色谱柱KF 802.5内径8mm,长度300mm,填充剂为6μm的苯乙烯-二乙烯基苯共聚物;色谱柱KF 803内径8mm,长度300mm,填充剂为6μm的苯乙烯-二乙烯基苯共聚物;色谱柱KF 804内径8mm,长度300mm,填充剂为7μm的苯乙烯-二乙烯基苯共聚物。
本发明步骤2中,流速为0.8mL/min~1.2mL/min。若流速低于0.8mL/min,则分离时间过长,时效性差;若流速高于1.2mL/min,则分离度较小,组分分离效果不好。
本发明步骤2中,进样量为50μL~150μL。若进样量低于50μL,则检测得到的信号偏低,绘制的色谱曲线稀疏,结果不准确;若进样量高于150μL,则峰形较差,组分分离效果不好。
本发明步骤3中,分别配制质量浓度为1~20mg/mL范围(如1.20、2.60、4.00、5.50、8.00、10.00mg/mL)的叠氮缩水甘油醚溶液,在示差折光仪下测量其折射率变化随质量浓度的变化率即折光指数增量(dn/dc值)。
我们知道,体系的散射性能和角度依赖性定义为瑞利比:
Figure BDA0002456168130000051
其中,R(θ)为散射角度θ时的瑞利比;Is为散射光强度;r为散射半径;I0为入射光强度;Vs为散射体积。在同一台激光光散射仪中,θ、Is、r、I0、Vs值固定不变,则瑞利比也是固定不变的。
当聚合物的回转半径Rg较大时,满足2Rg>λ/20,有关溶液中的光散射公式为:
Figure BDA0002456168130000052
Figure BDA0002456168130000053
式中,K*为与溶剂性质、入射光波长相关的常数,n0为溶剂折光指数,dn/dc为溶液的折光指数增量(mL·g-1),N为阿伏伽德罗常数,λ为入射光波长(nm),c为溶液浓度(g·mL-1),Mw为重均分子量,A2、A3为第二、第三维利系数。
溶液浓度c趋于0时的斜率为回转半径Rg。实际测定时,软件系统(如ASTRA)会自动算出叠氮缩水甘油醚与线性聚苯乙烯的重均分子量和回转半径。
本发明步骤3中,公式为:支化因子
Figure BDA0002456168130000054
其中,
Figure BDA0002456168130000055
为叠氮缩水甘油醚均方回转半径,
Figure BDA0002456168130000061
为线性聚苯乙烯均方回转半径。
实施例实施例1
步骤1,称量约50mg的叠氮缩水甘油醚粘合剂(湖北航天化学技术研究所制)和线性聚苯乙烯(美国Wyatt公司),分别在10mL容量瓶中用四氢呋喃溶液溶解,溶解期间40℃水浴下促溶,次数为3次,每次30分钟,摇匀溶解后,放置超过8h。
步骤2,选用凝胶色谱柱Shodex KF 802.5、KF 803和KF 804三根色谱柱依次串联,在测试温度为40℃,流速为1mL·min-1的条件下,进样100μL。样品依次流过色谱柱、十八角度激光光散射仪(LS)、示差折光仪(DRI)。
步骤3,设置基线以使收集的数据中减去基本信号,基本信号包括光电二极管的暗偏移和溶剂散射。在收集样品数据并设置基线后,选取样品的出峰定区域。叠氮缩水甘油醚的折光指数增量设置为0.11mL/g,线性聚苯乙烯的折光指数增量设置为0.1845mL/g,软件系统(ASTRA)会自动算出叠氮缩水甘油醚与线性聚苯乙烯的相对分子量和回转半径。
回转半径Rg与重均分子量Mw的关系满足Rg=KMaw,式中α是衡量高分子支化程度的重要参数。根据关系式,对得到的数据作logRg与logMw关系图,聚苯乙烯的logRg与logMw有良好的线性关系,且在叠氮缩水甘油醚的宽相对分子量范围内,线性聚苯乙烯的Rg大于叠氮缩水甘油醚的Rg,在小分子量范围内有交点,说明低分子量下两者的线性聚合物Rg大小接近。如图1所示。
计算叠氮缩水甘油醚与线性聚苯乙烯(Rg)2的比值,最终得到叠氮缩水甘油醚的支化因子g=0.8534。
对实施例1中同一批次样品,采用与实施例1相同的方法进行叠氮缩水甘油醚支化程度进行重复测试,测试结果如下表1:
表1
次数 1 2 3 RSD%
测定值 0.8543 0.8369 0.8690 1.882
由表1可知,支化因子g的相对标准偏差为1.882%,相对标准偏差在5%以内,测定精度高,满足精密度测试要求。
以上结合了优选的实施方式对本发明进行了说明,不过这些实施方式仅是范例性的,仅起到说明性的作用。在此基础上,可以对本发明进行多种替换和改进,这些均落入本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.叠氮缩水甘油聚醚支化程度的测定方法,其特征在于,该测定方法包括以下步骤:
步骤1,制备检测样品溶液:将叠氮缩水甘油聚醚和线性标准品分别用四氢呋喃充分溶解,形成检测样品溶液和线性标准品溶液;
步骤2,确定检测条件:采用带有十八角度激光光散射仪和示差折光仪的凝胶渗透色谱联用仪,测试温度为20~40℃,流速为0.8mL/min~1.2mL/min,进样量为50μL~150μL,测定时样品依次流过凝胶色谱柱、十八角度激光光散射仪和示差折光仪;
步骤3,含量测定:在确定好的检测条件下对检测样品进行检测,根据示差折光仪下得到的检测样品折光指数增量,测定出检测样品的回转半径,根据线性标准品的折光指数增量,测定线性标准品的回转半径;计算叠氮缩水甘油醚与线性标准品的均方回转半径的比值,得到叠氮缩水甘油醚的支化因子。
2.根据权利要求1所述的测定方法,其特征在于,步骤1中,制备检测样品溶液的具体方式为:将叠氮缩水甘油聚醚置于四氢呋喃溶液中,溶解期间25℃~40℃水浴下促溶,次数为2~5次,每次10~30分钟,溶解后室温放置超过8h。
3.根据权利要求1所述的测定方法,其特征在于,步骤1中,检测样品的溶液浓度为4~6mg/mL。
4.根据权利要求1所述的测定方法,其特征在于,步骤1中,线性标准品为线性聚苯乙烯,线性聚苯乙烯的重均分子量为170万~209万。
5.根据权利要求1所述的测定方法,其特征在于,步骤1中,线性标准品的浓度为4~6mg/mL。
6.根据权利要求1所述的测定方法,其特征在于,步骤2中,采用Shodex KF 802.5、KF803和KF 804三根凝胶色谱柱串联。
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