劉懿莉,周淑華,王 進,周志誠(株洲時代新材料科技股份有限公司,湖南株洲 412007)
摘要:利用炭黑比色指數測定結果對硫化膠中炭黑的類型及并用比進行分析。試驗結果表明,對于熱裂解沒有殘碳的NR,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;而對于熱裂解有殘碳的CR和NBR硫化膠,只能用硝酸氧化法進行炭黑試樣制備。利用經驗公式可推算炭黑的類型及并用比。
關鍵詞:炭黑;鑒定;熱裂解法;硝酸氧化法;比色指數;并用比
中圖分類號:TQ330·38+1文獻標識碼:B文章編號:1000-890X(2006)02-0117-02
炭黑是橡膠的重要補強劑,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,需要兼顧炭黑的補強作用和橡膠本身的性質,有時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進行鑒定是其中之一。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,并推導出常用并用炭黑并用比的計算公式。
1 實驗
1·1 主要儀器
UV755B型紫外可見分光光度計,上海分析儀器總廠產品;TG209c型熱重分析儀,德國耐馳公司產品。
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,在氮氣環境下從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,調節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 比色指數測定
稱取炭黑試樣5 mg (精確至0.1 mg),與10mL質量分數為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),計算出比色指數I(I=A430/A750)。
2 結果與討論
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行回收制樣后所測得的比色指數范圍。硫化膠中炭黑的比色指數測定結果見表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基本一致,且都在原料炭黑的比色指數范圍內。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測定結果在原料炭黑的比色指數范圍內,而熱裂解法所制試樣的比色指數有差別,這可能是膠料在熱裂解中的殘碳造成的。
在試驗過程中還發現,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直接分散,必須先經過研磨。研磨破壞了包裹炭黑的焦狀碳殘余物,將炭黑釋放出來,但分散到炭黑懸浮液中的殘碳仍會影響比色指數的測定結果。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)經驗公式
在對并用炭黑比色指數的測定中發現,并用炭黑的比色指數位于兩種單一炭黑的比色指數之間。通過一系列試驗,得出并用炭黑比色指數與高比色指數炭黑含量之間的關系,經驗公式如下:
B =E(I0-I2)I1-I2
式中 B———高比色指數炭黑含量;
I0———并用炭黑試樣的比色指數;
I1———高比色指數炭黑的比色指數;
I2———低比色指數炭黑的比色指數;
E———經驗常數(由試驗求得)。
根據經驗公式,可推算出試樣的炭黑并用比。
(2)公式的驗證
對幾種已知并用比的炭黑比色指數進行測定,比色指數的理論值與測定值對比見表3。由表3可見,理論值與實際值相近,由此可見,上述經驗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測定值為1.34,不在任何一種炭黑的比色指數范圍內,因此推斷為并用炭黑。運用經驗公式可以大致推測有以下兩種可能:①ISAF/SRF并用;②HAF/SRF并用。考慮到SBR在動態變形時生熱較大,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 結語
對于熱裂解沒有殘碳的NR,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。而對于熱裂解有殘碳的CR和NBR硫化膠,只能用硝酸氧化法進行炭黑試樣制備。
根據炭黑試樣比色指數測定結果,即可確定炭黑類型。如果炭黑試樣比色指數測定結果不在任何一種炭黑的比色指數范圍內,而是位于其中某兩種炭黑之間,則先根據比色指數推測出大致的并用類型;再結合膠料的類型和制品的用途等,運用經驗公式推算出適用性最大的并用炭黑類型和并用比。
