順丁橡膠中炭黑粒徑的分析方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及橡膠領域，特別涉及一種順丁橡膠中炭黑粒徑的分析方法。
【背景技術】
[0002]順丁橡膠(BR)是順式1，4_聚丁二烯橡膠的簡稱，其分子式為(C4H6)n。順丁橡膠是由丁二烯聚合而成的結構規(guī)整的合成橡膠，其順式結構含量在95%以上，是僅次于丁苯橡膠的第二大合成橡膠。與天然橡膠相比，硫化后其耐寒性、耐磨性和彈性特別優(yōu)異，動負荷下發(fā)熱少，易與天然橡膠、氯丁橡膠或丁腈橡膠并用。順丁橡膠特別適用于制造汽車輪胎和耐寒制品，還可以制造緩沖材料及各種膠鞋、膠布、膠帶和海綿膠等。炭黑是橡膠工業(yè)中的主要補充劑和補強劑，在順丁橡膠中加入炭黑能有效提升橡膠制品的拉伸強度、硬度和耐磨性，而這些性能與炭黑粒徑分布、粒徑大小及炭黑含量有關。一般來說，橡膠材料中炭黑粒徑越小，材料的拉伸強度，硬度和補強性能越好。因此，檢測炭黑粒徑的大小，對橡膠行業(yè)十分重要。
[0003]普通測試橡膠中炭黑粒徑的方法有電鏡掃描法和高濃度硝酸或高氯酸消解法。電鏡掃描法是對橡膠制品的橫切面進行電鏡掃描計算其粒徑大小及分布的方法，但是納米級炭黑由于其具有很大的比表面積而十分容易團聚，導致得到的粒徑并不準確，而用高濃度硝酸或高氯酸消解法由于使橡膠處于強酸和高溫等極性條件，很容易對炭黑的骨架造成破壞甚至消解，同樣影響后期炭黑粒徑測量的準確性。因此，非常需要設計一種高準確度、強可操控性的順丁橡膠中炭黑粒徑的分析方法。

【發(fā)明內容】

[0004]為了解決上述問題，本申請?zhí)岢隽艘环N順丁橡膠中炭黑粒徑的分析方法，包括如下步驟:
(1)粉碎順丁橡膠，對粉碎后的順丁橡膠進行加熱，然后再急速冷卻；
(2)將步驟(1)獲得物質在紫外光下照射；
(3)將步驟(2)獲得的物質與堿溶液混合，在100-120°C下處理1?10小時，分離出溶液中的剩余固體A;
(4)將步驟(3)中的剩余固體A洗至中性，再與酸溶液混合，30-60°C下保持2-15h，分離出溶液中的剩余固體B;
(5)對步驟(4)中的剩余固體B進行超聲分散，取出懸浮液，干燥，統(tǒng)計炭黑粒徑。
[0005]作為一種優(yōu)選的實施方式，步驟(1)的加熱至溫度為120_300°C。
[0006]作為一種優(yōu)選的實施方式，步驟(1)中的急速冷卻所用冷卻劑的溫度低于0°C。
[0007]作為一種優(yōu)選的實施方式，所述冷卻劑的溫度低于_50°C。
[0008]作為一種優(yōu)選的實施方式，步驟(2)中由步驟(1)獲得物質在紫外光下照射的時間為l-10ho
[0009]作為一種優(yōu)選的實施方式，所述紫外光由鎢燈、氫燈或氙燈中的一種或幾種產生。
[0010]作為一種優(yōu)選的實施方式，所述堿溶液包括氫氧化鈉水溶液或氫氧化鉀水溶液。[0011 ]作為一種優(yōu)選的實施方式，所述堿溶液的質量分數為40?60%。
[0012]作為一種優(yōu)選的實施方式，所述步驟(4)中酸溶液包括硝酸、硝酸與高氯酸的混合酸、硝酸與硫酸的混合酸。
[0013]作為一種優(yōu)選的實施方式，所述步驟(5)對剩余固體B進行超聲分散時，選擇的分散試劑包括水、醇類溶劑或醇水混合物。
[0014]參考以下詳細說明更易于理解本發(fā)明的上述以及其他特征、方面及優(yōu)點。
【具體實施方式】
[0015]除非另有限定，本文使用的所有技術以及科學術語具有與本發(fā)明所屬領域普通技術人員通常理解的相同的含義。當存在矛盾時，以本說明書中的定義為準。
[0016]除非另有限定，本文使用的所有技術以及科學術語具有與本發(fā)明所屬領域普通技術人員通常理解的相同的含義。當存在矛盾時，以本說明書中的定義為準。
[0017]如本文所用術語“由…制備”與“包含”同義。本文中所用的術語“包含”、“包括”、“具有”、“含有”或其任何其它變形，意在覆蓋非排它性的包括。例如，包含所列要素的組合物、步驟、方法、制品或裝置不必僅限于那些要素，而是可以包括未明確列出的其它要素或此種組合物、步驟、方法、制品或裝置所固有的要素。
[0018]連接詞“由…組成”排除任何未指出的要素、步驟或組分。如果用于權利要求中，此短語將使權利要求為封閉式，使其不包含除那些描述的材料以外的材料，但與其相關的常規(guī)雜質除外。當短語“由…組成”出現在權利要求主體的子句中而不是緊接在主題之后時，其僅限定在該子句中描述的要素;其它要素并不被排除在作為整體的所述權利要求之外。
[0019]當量、濃度、或者其它值或參數以范圍、優(yōu)選范圍、或一系列上限優(yōu)選值和下限優(yōu)選值限定的范圍表示時，這應當被理解為具體公開了由任何范圍上限或優(yōu)選值與任何范圍下限或優(yōu)選值的任一配對所形成的所有范圍，而不論該范圍是否單獨公開了。例如，當公開了范圍“1至5”時，所描述的范圍應被解釋為包括范圍“1至4”、“1至3”、“1-2”、“1-2和4-5”、“1-3和5”等。當數值范圍在本文中被描述時，除非另外說明，否則該范圍意圖包括其端值和在該范圍內的所有整數和分數。
[0020]此外，本發(fā)明要素或組分前的不定冠詞“一種”和“一個”對要素或組分的數量要求(即出現次數)無限制性。因此“一個”或“一種”應被解讀為包括一個或至少一個，并且單數形式的要素或組分也包括復數形式，除非所述數量明顯旨指單數形式。
[0021]“聚合物”意指通過聚合相同或不同類型的單體所制備的聚合化合物。通用術語“聚合物”包含術語“均聚物”、“共聚物”、“三元共聚物”與“共聚體”。
[0022]“共聚體”意指通過聚合至少兩種不同單體制備的聚合物。通用術語“共聚體”包括術語“共聚物”(其一般用以指由兩種不同單體制備的聚合物)與術語“三元共聚物”(其一般用以指由三種不同單體制備的聚合物)。其亦包含通過聚合四或更多種單體而制造的聚合物。
[0023]除非另有指明，本申請溫度均以攝氏度表示，所有聚合物分子量按數均分子量計，數均分子量的測試方法為蒸汽壓法。
[0024]本申請一方面提供了一種順丁橡膠中分離炭黑的方法，包括如下步驟: (1)粉碎順丁橡膠，對粉碎后的順丁橡膠進行加熱，然后再急速冷卻；
(2)將步驟(1)獲得物質在紫外光下照射；
(3)將步驟(2)獲得的物質與堿溶液混合，在100-120°C下處理1?10小時，分離出溶液中的剩余固體A;
(4)將步驟(3)中的剩余固體A洗至中性，再與酸溶液混合，30-60°C下保持2-15h，分離出溶液中的剩余固體B;
(5)對步驟(4)中的剩余固體B進行超聲分散，取出懸浮液，干燥，統(tǒng)計炭黑粒徑。
[0025]順丁橡膠和炭黑
順丁橡膠是順式1，4_聚丁二烯橡膠的簡稱，是目前世界上通用合成橡膠中僅次于丁苯橡膠的第二大橡膠，其具有彈性好，耐磨性強和耐低溫性能好的優(yōu)點。同時順丁橡膠還具有制成品耐屈擾性、生熱率低、滯后損失小、抗龜裂性強及動態(tài)性能好等優(yōu)點。由于以上特性該種橡膠可與氯丁橡膠、天然橡膠甚至丁腈橡膠等并用。由于順丁橡膠的優(yōu)異性能，其在塑料抗沖擊改性、輪胎、膠帶、膠管以及膠鞋等橡膠制品的生產中具有非常廣泛的應用。
[0026]炭黑是補強體系中重要的補強填充劑，對橡膠膠料的物理機械性能和加工工藝都有重要影響。工業(yè)炭黑是由烴類不完全燃燒而制得的具有高度分散性的黑色粉末狀物質，炭黑的主要成分就是碳，在炭黑粒子中，由碳原子組成正六角環(huán)形的網狀平面，每個層面包含有約100個碳原子，環(huán)中的碳原子以主價鍵相互連接。
[0027]炭黑的粒徑的大小與制造方法和生產條件有很大關系，同一種炭黑，其粒子大小并不相同，而呈一定的分布狀態(tài)。通?，F有技術中所指的炭黑粒徑是依電子顯微鏡照片中粒子大小的統(tǒng)計平均值表示的。炭黑的粒徑越小，硫化膠的拉伸強度、撕裂強度、定伸應力、耐磨性、硬度越高，回彈性和扯斷伸長率減小。但如果粒徑過小，粒子之間會重新凝聚，容易形成團，從而導致混煉過程中分散困難，降低其可塑性和壓出性能。炭黑的命名可參考ASTMD1765 5《橡膠用炭黑分類命名系統(tǒng)》，一般命名中的字母和數字都能體現炭黑的大致結構和粒徑范圍。
[0028]在混煉過程中，炭黑能夠與部分橡膠分子鏈產生化學結合，生成不能被溶劑抽出的炭黑凝膠或稱結合橡膠。炭黑凝膠在橡膠交聯網絡中起著穩(wěn)定的骨架作用，提高橡膠性能的同時也加劇了消解的困難。
[0029]粉碎順丁橡膠
所述的粉碎方式為常見的那些，如壓碎、擊碎、磨碎、剪碎、低溫粉碎或其他輔助方式。作為優(yōu)選，在本發(fā)明所述的方法中，對順丁橡膠粉粹采用低溫粉碎法。低溫粉碎法是利用制冷劑冷凍或空氣渦輪膨脹式冷凍，使橡膠制品冷至玻璃化溫度以下，然后用錘式粉碎機或盤式粉碎機粉碎。隨著溫度的降低，橡膠的抗拉強度、硬度、壓縮強度會增高，而其沖擊韌性、延伸率降低，材料從常溫降到低溫，由軟變硬表現出溫脆性。
[0030]可以作為冷凍粉碎制冷劑的物質有液氧、液氫、液氦、液體甲烷、液體二氧化碳、干冰、液氮等?？紤]到各種使用限制因素，一般可生產用的有液體二氧化碳、干冰和液氮。干冰的升華點為-75°C，因此二氧化碳不論是液態(tài)