刘懿莉,周淑华,王 进,周志诚(株洲时代新材料科技股份有限公司,湖南株洲 412007)
摘要:利用炭黑比色指数测定结果对硫化胶中炭黑的类型及并用比进行分析。试验结果表明,对于热裂解没有残碳的NR,BR和SBR等硫化胶,其炭黑试样可用热裂解法或硝酸氧化法制备;而对于热裂解有残碳的CR和NBR硫化胶,只能用硝酸氧化法进行炭黑试样制备。利用经验公式可推算炭黑的类型及并用比。
关键词:炭黑;鉴定;热裂解法;硝酸氧化法;比色指数;并用比
中图分类号:TQ330·38+1文献标识码:B文章编号:1000-890X(2006)02-0117-02
炭黑是橡胶的重要补强剂,其种类和用量对橡胶制品物理性能有显著影响。选择炭黑时,需要兼顾炭黑的补强作用和橡胶本身的性质,有时为了平衡硫化胶的性能与成本,将不同品种的炭黑并用。
硫化胶中炭黑类型的鉴定方法不多,利用炭黑悬浮液的比色指数进行鉴定是其中之一。硫化胶中炭黑试样的制备常采用热裂解法和湿法氧化法,本工作研究了两种制样方法对不同胶种的适用性,并推导出常用并用炭黑并用比的计算公式。
1 实验
1·1 主要仪器
UV755B型紫外可见分光光度计,上海分析仪器总厂产品;TG209c型热重分析仪,德国耐驰公司产品。
1·2 操作方法
1·2·1 试样制备
(1)热裂解法
称取剪碎的硫化胶约20 mg,在氮气环境下从25℃升至650℃,恒温20 min,升温速率为20℃·min-1,得到炭黑试样。
(2)硝酸氧化法
将适量剪碎的硫化胶用硝酸在低于80℃的温度下分解约1 h,回收的炭黑用硝酸铵溶液洗涤,调节pH值约为5后离心弃去清液,用丙酮浸泡后干燥备用。
1·2·2 比色指数测定
称取炭黑试样5 mg (精确至0.1 mg),与10mL质量分数为0·2的OP乳化剂溶液混合,超声波分散后移至500
mL容量瓶中,用蒸馏水洗涤并定容。以蒸馏水做空白样,测定其在430和750 nm处的吸光度(A),计算出比色指数I(I=A430/A750)。
2 结果与讨论
2·1 两种炭黑试样制备方法的比较
表1所示是用热裂解法和硝酸氧化法对原料炭黑进行回收制样后所测得的比色指数范围。硫化胶中炭黑的比色指数测定结果见表2。
由表1和2可见,对于NR,BR和SBR中的炭黑,热裂解法和硝酸氧化法所制试样的比色指数基本一致,且都在原料炭黑的比色指数范围内。说明两种制样方法对这些胶种都适用。而对于
CR中的炭黑,硝酸氧化法所制试样的比色指数测定结果在原料炭黑的比色指数范围内,而热裂解法所制试样的比色指数有差别,这可能是胶料在热裂解中的残碳造成的。
在试验过程中还发现,NR,BR和SBR硫化胶热裂解得到的炭黑呈黑色粉末状;CR硫化胶热裂解得到的炭黑呈灰色焦炭状,不能用超声波清洗机直接分散,必须先经过研磨。研磨破坏了包裹炭黑的焦状碳残余物,将炭黑释放出来,但分散到炭黑悬浮液中的残碳仍会影响比色指数的测定结果。这说明热裂解法不适用于CR中炭黑试样的制备。
2·2 并用炭黑并用比的推算
(1)经验公式
在对并用炭黑比色指数的测定中发现,并用炭黑的比色指数位于两种单一炭黑的比色指数之间。通过一系列试验,得出并用炭黑比色指数与高比色指数炭黑含量之间的关系,经验公式如下:
B =E(I0-I2)I1-I2
式中 B———高比色指数炭黑含量;
I0———并用炭黑试样的比色指数;
I1———高比色指数炭黑的比色指数;
I2———低比色指数炭黑的比色指数;
E———经验常数(由试验求得)。
根据经验公式,可推算出试样的炭黑并用比。
(2)公式的验证
对几种已知并用比的炭黑比色指数进行测定,比色指数的理论值与测定值对比见表3。由表3可见,理论值与实际值相近,由此可见,上述经验公式用于并用炭黑的并用比分析是可行的。
2·3 未知样品测定
某样品的主体材料是SBR,其炭黑试样的比色指数测定值为1.34,不在任何一种炭黑的比色指数范围内,因此推断为并用炭黑。运用经验公式可以大致推测有以下两种可能:①ISAF/SRF并用;②HAF/SRF并用。考虑到SBR在动态变形时生热较大,而ISAF粒子太小且生热较高;虽然HAF的耐磨性稍低于ISAF,但其粒子大,生热较低,因此推测HAF/SRF并用的可能性较大,按公式推算得HAF/SRF并用比为1.1/1。
3 结语
对于热裂解没有残碳的NR,BR和SBR等硫化胶,其炭黑试样可用热裂解法或硝酸氧化法制备,热裂解方法操作相对简便,污染小。而对于热裂解有残碳的CR和NBR硫化胶,只能用硝酸氧化法进行炭黑试样制备。
根据炭黑试样比色指数测定结果,即可确定炭黑类型。如果炭黑试样比色指数测定结果不在任何一种炭黑的比色指数范围内,而是位于其中某两种炭黑之间,则先根据比色指数推测出大致的并用类型;再结合胶料的类型和制品的用途等,运用经验公式推算出适用性最大的并用炭黑类型和并用比。
