劉懿莉,周淑華,王 進(jìn),周志誠(株洲時(shí)代新材料科技股份有限公司,湖南株洲 412007)
摘要:利用炭黑比色指數(shù)測定結(jié)果對硫化膠中炭黑的類型及并用比進(jìn)行分析。試驗(yàn)結(jié)果表明,對于熱裂解沒有殘?zhí)嫉腘R,BR和SBR等硫化膠,其炭黑試樣可用熱裂解法或硝酸氧化法制備;而對于熱裂解有殘?zhí)嫉腃R和NBR硫化膠,只能用硝酸氧化法進(jìn)行炭黑試樣制備。利用經(jīng)驗(yàn)公式可推算炭黑的類型及并用比。
關(guān)鍵詞:炭黑;鑒定;熱裂解法;硝酸氧化法;比色指數(shù);并用比
中圖分類號:TQ330·38+1文獻(xiàn)標(biāo)識碼:B文章編號:1000-890X(2006)02-0117-02
炭黑是橡膠的重要補(bǔ)強(qiáng)劑,其種類和用量對橡膠制品物理性能有顯著影響。選擇炭黑時(shí),需要兼顧炭黑的補(bǔ)強(qiáng)作用和橡膠本身的性質(zhì),有時(shí)為了平衡硫化膠的性能與成本,將不同品種的炭黑并用。
硫化膠中炭黑類型的鑒定方法不多,利用炭黑懸浮液的比色指數(shù)進(jìn)行鑒定是其中之一。硫化膠中炭黑試樣的制備常采用熱裂解法和濕法氧化法,本工作研究了兩種制樣方法對不同膠種的適用性,并推導(dǎo)出常用并用炭黑并用比的計(jì)算公式。
1 實(shí)驗(yàn)
1·1 主要儀器
UV755B型紫外可見分光光度計(jì),上海分析儀器總廠產(chǎn)品;TG209c型熱重分析儀,德國耐馳公司產(chǎn)品。
1·2 操作方法
1·2·1 試樣制備
(1)熱裂解法
稱取剪碎的硫化膠約20 mg,在氮?dú)猸h(huán)境下從25℃升至650℃,恒溫20 min,升溫速率為20℃·min-1,得到炭黑試樣。
(2)硝酸氧化法
將適量剪碎的硫化膠用硝酸在低于80℃的溫度下分解約1 h,回收的炭黑用硝酸銨溶液洗滌,調(diào)節(jié)pH值約為5后離心棄去清液,用丙酮浸泡后干燥備用。
1·2·2 比色指數(shù)測定
稱取炭黑試樣5 mg (精確至0.1 mg),與10mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0·2的OP乳化劑溶液混合,超聲波分散后移至500 mL容量瓶中,用蒸餾水洗滌并定容。以蒸餾水做空白樣,測定其在430和750 nm處的吸光度(A),計(jì)算出比色指數(shù)I(I=A430/A750)。
2 結(jié)果與討論
2·1 兩種炭黑試樣制備方法的比較
表1所示是用熱裂解法和硝酸氧化法對原料炭黑進(jìn)行回收制樣后所測得的比色指數(shù)范圍。硫化膠中炭黑的比色指數(shù)測定結(jié)果見表2。
由表1和2可見,對于NR,BR和SBR中的炭黑,熱裂解法和硝酸氧化法所制試樣的比色指數(shù)基本一致,且都在原料炭黑的比色指數(shù)范圍內(nèi)。說明兩種制樣方法對這些膠種都適用。而對于
CR中的炭黑,硝酸氧化法所制試樣的比色指數(shù)測定結(jié)果在原料炭黑的比色指數(shù)范圍內(nèi),而熱裂解法所制試樣的比色指數(shù)有差別,這可能是膠料在熱裂解中的殘?zhí)荚斐傻摹?/p>
在試驗(yàn)過程中還發(fā)現(xiàn),NR,BR和SBR硫化膠熱裂解得到的炭黑呈黑色粉末狀;CR硫化膠熱裂解得到的炭黑呈灰色焦炭狀,不能用超聲波清洗機(jī)直接分散,必須先經(jīng)過研磨。研磨破壞了包裹炭黑的焦?fàn)钐細(xì)堄辔?將炭黑釋放出來,但分散到炭黑懸浮液中的殘?zhí)既詴绊懕壬笖?shù)的測定結(jié)果。這說明熱裂解法不適用于CR中炭黑試樣的制備。
2·2 并用炭黑并用比的推算
(1)經(jīng)驗(yàn)公式
在對并用炭黑比色指數(shù)的測定中發(fā)現(xiàn),并用炭黑的比色指數(shù)位于兩種單一炭黑的比色指數(shù)之間。通過一系列試驗(yàn),得出并用炭黑比色指數(shù)與高比色指數(shù)炭黑含量之間的關(guān)系,經(jīng)驗(yàn)公式如下:
B =E(I0-I2)I1-I2
式中 B———高比色指數(shù)炭黑含量;
I0———并用炭黑試樣的比色指數(shù);
I1———高比色指數(shù)炭黑的比色指數(shù);
I2———低比色指數(shù)炭黑的比色指數(shù);
E———經(jīng)驗(yàn)常數(shù)(由試驗(yàn)求得)。
根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式,可推算出試樣的炭黑并用比。
(2)公式的驗(yàn)證
對幾種已知并用比的炭黑比色指數(shù)進(jìn)行測定,比色指數(shù)的理論值與測定值對比見表3。由表3可見,理論值與實(shí)際值相近,由此可見,上述經(jīng)驗(yàn)公式用于并用炭黑的并用比分析是可行的。
2·3 未知樣品測定
某樣品的主體材料是SBR,其炭黑試樣的比色指數(shù)測定值為1.34,不在任何一種炭黑的比色指數(shù)范圍內(nèi),因此推斷為并用炭黑。運(yùn)用經(jīng)驗(yàn)公式可以大致推測有以下兩種可能:①ISAF/SRF并用;②HAF/SRF并用?？紤]到SBR在動態(tài)變形時(shí)生熱較大,而ISAF粒子太小且生熱較高;雖然HAF的耐磨性稍低于ISAF,但其粒子大,生熱較低,因此推測HAF/SRF并用的可能性較大,按公式推算得HAF/SRF并用比為1.1/1。
3 結(jié)語
對于熱裂解沒有殘?zhí)嫉腘R,BR和SBR等硫化膠,其炭黑試樣可用熱裂解法或硝酸氧化法制備,熱裂解方法操作相對簡便,污染小。而對于熱裂解有殘?zhí)嫉腃R和NBR硫化膠,只能用硝酸氧化法進(jìn)行炭黑試樣制備。
根據(jù)炭黑試樣比色指數(shù)測定結(jié)果,即可確定炭黑類型。如果炭黑試樣比色指數(shù)測定結(jié)果不在任何一種炭黑的比色指數(shù)范圍內(nèi),而是位于其中某兩種炭黑之間,則先根據(jù)比色指數(shù)推測出大致的并用類型;再結(jié)合膠料的類型和制品的用途等,運(yùn)用經(jīng)驗(yàn)公式推算出適用性最大的并用炭黑類型和并用比。
