热重分析法测定橡胶并用比

2021-07-20陈波宇王丹灵

轮胎工业 2021年6期

陈波宇，顾瑛，陈生，王丹灵，白浩

（中策橡胶集团有限公司，浙江杭州 310018）

天然橡胶（NR）综合性能优良，在橡胶制品生产中应用广泛，但为了得到更好的低生热性能、抗湿滑性能和耐热老化性能，常将NR与其他橡胶并用。橡胶并用是改善橡胶加工性能及橡胶制品质量的重要途径，世界橡胶总消耗量中的75%是以橡胶并用形式应用的[1-2]，因此并用橡胶结构与组成的剖析得到人们广泛关注[3-4]。

热重（TG）分析法是一种分析橡胶组分含量的有效方法。当两种并用橡胶的分解温度差异较大时，可以利用TG分析的微熵热重（DTG）曲线的最大热质量损失速率分解峰温度值的不同，通过面积法计算得到橡胶并用比。本工作应用TG分析法进行不同并用体系橡胶并用比的测定。

1 实验

1.1 主要原材料

NR，SVR10，越南产品。溶聚丁苯橡胶（SSBR），牌号3323，LG化学有限公司产品；牌号1453和2466，台橡股份有限公司产品。乳聚丁苯橡胶（ESBR），牌号1500，申华化学工业有限公司产品。镍系顺丁橡胶（BR），牌号9000，南京扬子石化橡胶有限公司产品。不同丁苯橡胶（SBR）微观结构见表1。

表1 不同丁苯橡胶微观结构

1.2 测试仪器及条件

TGA/DSC 3＋型同步TG分析仪，梅特勒-托利多国际贸易（上海）有限公司产品。测试条件：样品从30 ℃以20 ℃·min-1升温速率升温至650℃，氮气气氛，流速为50 mL·min-1。

1.3 试样制备

根据GB/T 3516—2006，将NR，SSBR3323，SSBR1453，SSBR2466，ESBR1500和BR9000用丙酮进行抽提，抽提后的样品烘干至丙酮挥发完全。

1.4 测试分析

1.4.1 样品量

将不同配比样品各称取10 mg左右，将抽提处理后的NR分别称取2，4，6，8，10 mg左右。

1.4.2 计算方法

采用面积法计算，以某NR/SBR并用胶为例，其TG和DTG曲线见图1。在DTG曲线的NR峰的后沿找到斜率最大的切线C，在DTG曲线的SBR峰的前沿找到斜率最大的切线D，两直线交于A点，找到TG曲线上的相同温度点O，O点为两个胶种质量损失过程的分界点。从B点到O点的质量损失等于NR峰的面积，设为面积F；从O点到E点的质量损失等于SBR峰的面积，设为面积G，则NR的比例＝F/（F＋G），SBR的比例＝G/（F＋G）。

图1 面积法计算示意

2 结果与讨论

2.1 各类SBR热分解性能

4种SBR的TG和DTG曲线如图2所示。由图2可见，4种苯乙烯和乙烯基含量不同的SBR热分解性能差异不大，最大热质量损失速率分解峰温度为467～477 ℃，因此只选取ESBR1500进行并用比分析。

图2 4种SBR的TG和DTG曲线

2.2 不同胶种热分解性能

NR，BR9000和ESBR1500的TG和DTG曲线如图3所示。由图3可见：3种橡胶的热分解性能差异较大，ESBR1500和BR9000的耐热性能明显优于NR，BR9000的耐热性能最好；NR，BR9000和ESBR1500的最大分解速率峰对应的分解温度分别为390～395，475～480和470～477 ℃。由此可知，BR9000和ESBR1500的最大分解速率峰对应的分解温度差别不大，利用DTG曲线难以区分，因此下面对NR/ESBR1500和NR/BR9000并用胶进行并用比分析。

图3 NR，BR9000和ESBR1500的TG和DTG曲线

2.3 NR/ESBR1500并用胶分析

不同并用比的NR/ESBR1500并用胶的TG和DTG曲线如图4所示。由图4可见：并用胶中ESBR1500的最大分解速率峰对应的分解温度为460～470 ℃，且随着ESBR1500用量的增大而升高，但升高幅度不大；并用胶中NR的最大分解速率峰对应的分解温度为393 ℃左右，基本不随着NR用量的增大而变化。