使用红外光谱法和热重法分析硫化橡胶的成分

2021-03-16孙衍林

上海塑料 2021年1期

孙衍林

(万向清能智动车公司，杭州 311215)

0 前言

在硫化橡胶中，除橡胶主成分外，还有很多添加剂(有机添加剂和无机填料)，因此分析硫化橡胶的成分需要将橡胶主成分、有机添加剂、无机填料进行一定程度的分离。硫化橡胶中的有机添加剂大部分溶于溶剂，因此可以通过溶剂抽提将其分离出。通过高温裂解的方式可以将硫化橡胶的主成分和无机填料分离。按照GB/T 7764—2017《橡胶鉴定红外光谱法》鉴定牌号为N402和C606两种橡胶主成分，可通过比较溶剂抽提前后和裂解前后的红外光谱(FTIR)和热重分析(TGA)结果，分析出添加剂的种类及对应的质量。同时对裂解液透射分析法、裂解液衰减全反射(ATR)法和衰减全反射(ATR)直接法得到的FTIR分析结果进行比较。

1 实验部分

1.1 实验仪器

傅立叶变换红外光谱仪，Tensor 27型，德国布鲁克公司；

热重分析仪，SDTA851e型，瑞士梅特勒-托利多公司。

1.2 实验样品

硫化橡胶,供应商提供，牌号分别为N402和C606。

1.3 实验方法

1.3.1 FTIR分析

ATR直接法：取具有光滑表面的样片直接用ATR附件进行测试,分辨率为4 cm-1,扫描次数为32次。

裂解法：参考GB/T 7764—2001，将1～2 g 干净胶料剪成约1 mm3的碎块,用丙酮抽提16 h后去掉大部分配合剂, 在80 ℃真空干燥箱中烘干1 h后,放入裂解管后于酒精灯上裂解,取裂解液均匀涂在KBr窗片上进行吸收FTIR分析(裂解液透射分析法)或将裂解液涂在ATR附件上进行ATR FTIR分析(裂解液ATR法)。

1.3.2 TGA

参考GB/T 14837—2014 《橡胶和橡胶制品热重分析法测定硫化胶和未硫化胶的成分》，取约10 mg剪成碎屑的样品，在氮气气氛下(30 mL/min)匀速升温至600 ℃后，切换为氧气气氛(30 mL/min)再升温至1 000 ℃(20 K/min)。

2 结果与讨论

2.1 样品N402的试验结果分析

2.1.1 胶种鉴定

图1 样品N402的FTIR谱图

2.1.2 样品中可被溶剂抽提的有机添加剂

大多数有机添加剂可被有机溶剂抽提，通过比较抽提前后的FTIR谱图和TGA曲线结果，可以得到有机添加剂的信息。

图2 ATR直接法测定样品N402其溶剂抽提前后的FTIR谱图对比

图3 裂解法测定样品N402其溶剂抽提前后的FTIR谱图对比

图4 样品N402抽提前的TGA曲线

图5 样品N402抽提后的TGA曲线

图6 样品N402抽提前后的TGA曲线对比

2.1.3 样品中的无机填料

裂解液中只含有机成分，而无机填料会留在管底，因此通过对比裂解前后的FTIR谱图可以得到无机填料的某些信息。图7和图8分别是裂解前后样品的FTIR谱图对比。最明显的区别在955 cm-1的吸收峰，对应Si—O键的伸缩振动，表明无机填料中可能含有石棉[1]。同时也可以看到，裂解液ATR法得到的谱图基线更平，易于与标准谱图对比，质量要高于ATR直接法得到的谱图。