乙丙橡胶色度检测的影响因素分析

2022-05-11刘元艳米海岩张彩珍

弹性体 2022年1期

刘元艳，米海岩，张彩珍，沙爽，姚芳

(中国石油吉林石化公司质量检验中心，吉林吉林 132021)

乙丙橡胶广泛应用在汽车配件、电线电缆、密封制品、润滑油改性剂等领域，其中部分用于生产浅色制品，乙丙橡胶外观颜色直接影响浅色制品的质量，因此乙丙橡胶色度指标是下游用户评判其产品质量好坏的重要依据。

国际和国内现有合成橡胶色度测定方法有：ISO 6271-1透明液体-用铂钴色标评定色度——目视法[1]；SH/T 1049—2014丁二烯橡胶溶液色度的测定——目视法[2]，两种方法需要用溶剂溶解橡胶，与铂-钴标准比色溶液的颜色进行目视比色，溶解过程耗时较长，不利于快速测得乙丙橡胶的外观色度值。因此，选择方法时首选利用固体产品色度测定仪测定乙丙橡胶色度[3]。

黄色指数(YI)和日光照射下观察到的黄色程度能较好地吻合，因而能用于评价乙丙橡胶外观色度，其计算如式(1)所示。本文通过采用不同型号的色度计，在不同的操作条件下测定乙丙橡胶色度，分析乙丙橡胶色度检测的影响因素。

YI=100(1.30X-1.15Z)/Y

(1)

式中：X、Y、Z分别为所得的三刺激值。

1 实验部分

1.1 原料

乙丙橡胶：牌号为J-0010、J-2070、J-3080、J-3080P、J-3092E、J-4090、J-4045，中国石油吉林石化公司有机合成厂；乙丙橡胶：牌号为4045、3092PM、2060M、P-0680，日本三井化学株式会社；乙丙橡胶：牌号为400，美国狮子化学有限公司；乙丙橡胶：牌号为5465Q，美国朗盛化学有限公司；乙丙橡胶：牌号为4770，美国杜邦公司。

1.2 仪器及设备

色度测试仪：ZE-6000，全自动，上海首立实业有限公司；色度测试仪：YI-ACM，全自动，杭州研特科技有限公司；色度测试仪：HltraScan PRO，全自动，美国HunterLab公司。

1.3 样品的选择设计

(1)在杭州、上海实验地点选择的样品见表1，15个样品分别制成薄厚两种试片，设计方案为：

表1 在杭州、上海实验选择的样品分类列表

(a)选取J-0010、J-2070、J-3080、J-3080P、J-3092E、J-4090、J-4045七个牌号的样品。

(b) 针对牌号J-4045选择三个不同颜色的样品测试，观察样品由浅至深颜色变化带来黄色指数结果的变化值。三个样品分别为钒质量浓度为2 mg/kg(颜色呈白色)，实验中简称“4045V2”；钒质量浓度为5 mg/kg(颜色呈淡黄绿色)，实验中简称“4045V5”；钒质量浓度为16 mg/kg(颜色呈黄绿色)，实验中简称“4045V16”。

(d) 国外胶包括三井公司4045和狮子化学公司400。

(2) 在中国石油吉林石化合成树脂厂实验选择的样品，设计方案为：

(a) 选取与表1中序号为1～8相同的样品。

(b) 选取J-4045钒质量浓度不同的4045样品：钒质量浓度分别为2、5、7、10、16 mg/kg，实验中简称“4045V2、4045V5、4045V7、4045V10、4045V16”。

1.4 样品制备

根据不同仪器对试片的不同要求，制备两种试片：(1)薄片：直径为(3.5±0.2)cm，厚度为3 mm；(2)厚片：直径为(3.0±0.2)cm，厚度为9 mm。其制备过程为：将不锈钢模具置于清洁的不锈钢片上，再将清洁的聚酯片平铺在不锈钢模具上,取适量样品放在聚酯片对应的圆孔位置上，盖上聚酯片和不锈钢片。将该组件放入温度保持在(160±5)℃压力机的热压板上,压至两加热板之间保持紧密、无压力，在该状态下保持1 min。然后在3 MPa的压力下热压5 min，卸压取出组件放入冷压板上，在3 MPa的压力下冷压5 min取出。剥去聚酯片，得到所需的样片。

2 结果与讨论

2.1 乙丙橡胶YI与色度的相关性

在一定的条件下，乙丙橡胶的色度与测得的YI值有相关性，且重复性较好，即正值表示材料呈现黄色，负值则表示材料呈现蓝色(白色)。由表2三组样品的YI值数据可以看出：

实验一：对不同牌号、颜色不同的乙丙橡胶测定色度，大部分乙丙橡胶YI与外观颜色有相关性，重复性较好，4045V5样品的3个平行样YI值分别为13.5、13.01、14.05，结果如图1所示。

图1 不同牌号乙丙橡胶的YI值

实验二：对同一牌号、钒含量不同的4045样品，其质量浓度分别为2、5、7、10、16 mg/kg，测定色度，做平行样。每个平行样重复性较好，YI随着钒含量增大而增大，如图2所示。但钒质量浓度低于5 mg/kg，因仪器灵敏度限制，变化不明显。

图2 选取J-4045不同钒质量浓度样品的YI值

实验三：对不同牌号国外胶测定色度，与4045正常样品和钒质量浓度稍高(7 mg/kg)样品比较，大部分乙丙橡胶YI与外观颜色有相关性。同时从表2可看出，4045V5样品在三次实验中重复性较好。

表2 三组典型样品黄色指数测定数据1)

续表

1) 采用HltraScan PRO色度仪测试数据。

2.2 制片厚度对乙丙橡胶色度的影响

由于乙丙橡胶成半透明状，因此其YI是厚度的函数，只有在相同厚度的情况下，才能进行色度比较[4]。采用杭州研特的YI-ACM色度仪测试的实验结果见表3。

表3 制片厚度对乙丙橡胶YI值的影响1)

1) 采用YI-ACM色度仪测试数据。

由表3可知，对薄、厚两种试片分别进行测试，薄片的YI与乙丙橡胶外观颜色有相关性，重复性也较好；厚片没有相关性，如图3所示。

图3 制片厚度对YI值的影响

由于厚片变形较快，表面不光滑、造成侧面漏光，结果出现失真的状况。另外由于胶体的透明程度不同，侧面漏光的程度也不同，同样影响检测结果，因此试片应有固定模具压制而成，一是保证试片厚度，二是模具具有防侧面漏光作用。

2.3 色度仪光入射模式及背景对色度的影响

由于HltraScan PRO色度仪和ZE-6000色度仪有反射和透射两种模式，国产的仪器只有反射模式，实验在中国石油吉林石化公司合成树脂厂采用透射模式测试，在杭州研特采用反射模式测试。从表4可以看出，同样牌号的乙丙橡胶，反射模式(白衬板)的YI值高于透色模式的YI值。因色度仪采用反射模式测定时背景的选择影响色度的结果[5-6]，即采用白色背景色度结果偏高，采用黑色背景色度结果为负值。这与乙丙橡胶的特征有关，乙丙橡胶制片呈透明状，用反射模式测定时，背景板自身的吸光能力影响较大，等于是在背景下得到相对YI值，因此不能代表乙丙橡胶色度的真值。

表4 采用反射模式背景对YI值的影响1)

1) 采用YI-ACM色度仪测试数据。

色度计采用反射模式适用于不透明试片，从表5可以看出，乙丙橡胶试片透明度较好，适合采用透射模式测定色度。

表5 透射模式对乙丙橡胶YI的影响1)

1) 采用HltraScan PRO色度仪测试数据。

因此乙丙橡胶的YI值在不同仪器上不同操作条件下响应不同，只能看趋势，无法进行数值上的比较，即使在某台仪器上得到稳定数据，只能作为内控外观颜色的手段，不能作为出厂指标提供给用户。

2.4 乙丙橡胶透明程度对色度的影响

不同牌号的乙丙橡胶由于其透明程度不同，造成光的反射和透射能力的差异，其色度值不具有可比性[7-8]。例如J-4090外观颜色呈黄绿色、透明状，J-3080P外观颜色呈白色、半透明状。从表6中国石油吉林石化公司合成树脂厂数据可以看出，J-3080P的YI与J-4090接近，杭州研特的数据也存在同样情况，而试片透明的J-3080的YI值相对要小。因此不同牌号乙丙橡胶，由于胶体的透明程度不同，对YI值趋势产生差异，需要分别对每个牌号进行数据累计实验。

表6 乙丙橡胶不同透明度对YI值的影响

2.5 其他色度的影响因素

除了上述条件，其他因素也会对色度分析造成影响。由于不同于ABS制片，乙丙橡胶压片后，存在试片收缩变形、褶皱、气泡以及黑点等现象，这些都会对色度分析带来影响[9-10]。褶皱和变形会导致制片不平整，日光会从侧面射入乙丙胶制片，成为干扰光,因此试片需采用薄片，减少试片变形带来的误差。气泡和黑点会导致乙丙橡胶对光的吸收不均一，从而带来色度的误差。