劉懿莉,周淑華,王　進(jìn),周志誠(chéng)(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(cè)定結(jié)果對(duì)硫化膠中炭黑的類(lèi)型及并用比進(jìn)行分析。試驗(yàn)結(jié)果表明,對(duì)于熱裂解沒(méi)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(duì)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(lèi)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(lèi)號(hào):TQ330·38+1文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B文章編號(hào):1000-890X(2006)02-0117-02

炭黑是橡膠的重要補(bǔ)強(qiáng)劑,其種類(lèi)和用量對(duì)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(lèi)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(duì)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(jiàn)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(guó)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(chēng)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(cè)定

稱(chēng)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(cè)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(duì)原料炭黑進(jìn)行回收制樣后所測(cè)得的比色指數(shù)范圍。硫化膠中炭黑的比色指數(shù)測(cè)定結(jié)果見(jiàn)表2。

由表1和2可見(jiàn),對(duì)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(shuō)明兩種制樣方法對(duì)這些膠種都適用。而對(duì)于

CR中的炭黑,硝酸氧化法所制試樣的比色指數(shù)測(cè)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(guò)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(guò)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(lái),但分散到炭黑懸浮液中的殘?zhí)既詴?huì)影響比色指數(shù)的測(cè)定結(jié)果。這說(shuō)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(duì)并用炭黑比色指數(shù)的測(cè)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(guò)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(duì)幾種已知并用比的炭黑比色指數(shù)進(jìn)行測(cè)定,比色指數(shù)的理論值與測(cè)定值對(duì)比見(jiàn)表3。由表3可見(jiàn),理論值與實(shí)際值相近,由此可見(jiàn),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(cè)定

某樣品的主體材料是SBR,其炭黑試樣的比色指數(shù)測(cè)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(cè)有以下兩種可能:①I(mǎi)SAF/SRF并用;②HAF/SRF并用?？紤]到SBR在動(dòng)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(cè)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(yǔ)

對(duì)于熱裂解沒(méi)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(duì)簡(jiǎn)便,污染小。而對(duì)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(cè)定結(jié)果,即可確定炭黑類(lèi)型。如果炭黑試樣比色指數(shù)測(cè)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(cè)出大致的并用類(lèi)型;再結(jié)合膠料的類(lèi)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(lèi)型和并用比。