交联聚合物中无机填料的粒径分析方法_2

文档序号:9685710阅读:来源:国知局
价键断裂,提高橡胶颗粒的表面能,而且等离子体不会影响无机填料的结构。
[0032]对所述粉碎后的交联聚合物进行等离子喷涂处理时,优选静态处理,即将橡胶样品均匀的,尽可能薄的铺展在指定容器上,然后将指定容器放入等离子体处理仪中,进行等离子体处理,在整个的处理过程中,粉末物质是静态的。在本发明一个优选地实施方式中,采用GPT-3型、放电频率为13.56MHz的低温低压辉光放电等离子体处理仪对材料进行放电处理。GPT-3型等离子体处理仪为外电极式感应祸合高频等离子体发生器。。
[0033]当预处理为低温等离子处理时,所述优选地低温等离子处理具体地操作步骤:将lOOmg粉末状交联聚合物均匀地、尽可能薄的铺展在15cm的培养皿内,置于GPT-3型等离子体处理仪中,关闭所有的进气阀门抽真空,待抽到气压至lOPa时,用氧气进行洗气,重复洗气2?3,而后通过调节进气阀门,通入氧气达到一定的压强。关闭热偶真空计,开启射频功率源进行放电,在不同功率下放电一定的时间。实验结束后,直接向等离子体真空腔内放入空气,取出样品。其中辉光放电的功率为30?120W,放电处理时间为1?lOmin,压强为20?100Pao
[0034]当预处理为醇或醇的水溶液浸泡热处理时,所述醇选自乙二醇、1,2_丙二醇、1,4-
丁二醇、1,6-己二醇、新戊二醇、二缩二乙二醇、一缩二丙二醇、三羟甲基丙烷、丙三醇中的至少一种。
[0035]作为本发明一种优选的技术方案,所述浸泡热处理的温度为90?130°C,热处理的时间为3?15 min。热处理方式为微波加热处理,工作频率均为2.45 GHz。
[0036]当预处理为光电催化处理时,将粉碎后的交联聚合物分散在反应溶液中,反应溶液为水或甲醇和水的体积比为(2?6):8的混合溶液,以光催化剂为光阳极,20mmX 100mm的Ti网为光阴极,极间距为2cm,电极间施加外加电压1.0?3.5 V,在氢灯照射下,进行光电催化反应。将整个反应器放置在超声反应器中,在持续超声的情况下,进行此光电催化反应。处理时间1?10小时。
[0037]所述光催化剂选自1102、2110、0(15、¥03、卩6203、?匕5、51102、11103、2115、511103、1^(:003中的至少一种。
[0038]紫外光是电磁波谱中波长从0.10?0.40微米辐射的总称,按照波长的的不同,紫外线可以分为波长为320?400nm的长波黑斑效应紫外线、波长为275?320nm的中波红斑效应紫外线、波长为200?275nm的短波灭菌紫外线和波长为100?200nm的真空紫外线。当对交联聚合物进行紫外光照射时,能使其快速吸收能量,进而发生化学键的断裂。
[0039]本发明中紫外光照射的具体步骤为:将经过加热、急速冷却后的交联聚合物尽可能薄的铺展在容器中,然后将容器放入紫外灯下照射。在本发明中,所述紫外灯采用钨灯、氢灯或氙灯中的一种或几种,照射时间为1?1 Oh。
[0040]所述预处理步骤前还可以对粉碎后的交联聚合物进行适当的高温加热和急速冷却处理,使交联聚合物具有较高的势能,促进其预处理步骤中的改性。
[0041 ] 碱处理步骤:
本发明所述碱处理步骤,是使用氢氧化物水溶液处理表面改性后的交联聚合物,再提取剩余固体。
[0042]所述氢氧化物选自碱金属、碱土金属氢氧化物中的至少一种。具体可以列举为氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化钡。
[0043]在本发明一种优选地实施方式中,所述碱处理步骤,设置的加热温度90?120°C,处理的时间0.5?5小时,且所述氢氧化物水溶液的质量分数为20?60%。
[0044]在本发明一种优选地实施方式中,在聚四氟乙烯消解罐进行碱处理步骤。具体地处理方法:称取0.1?0.5g交联聚合物粉末于聚四氟乙烯消解罐内罐中,缓慢加入氢氧化物水溶液,氢氧化物水溶液的量不超过内罐体积的三分之二,盖好内盖,套上不锈钢外罐,再放入恒温干燥箱中,在100?120°C下静置0.5?5小时,冷却至室温,采用离心或者抽滤的方法分离剩余固体,再用去离子水洗涤清洗至pH中性。
[0045]更优选地,将消解罐放入恒温干燥箱之前在室温下静置10?24小时,再进行后续步骤。
[0046]本发明申请人发现氢氧化物水溶液处理后能消解大部分交联聚合物及杂质,但是无机填料形成的结合胶类物质并未被消解,而若延长消解时间或者升高干燥箱温度,则会导致过度消解,对无机填料结构造成破坏。此外在常温下将存有交联聚合物样品的消解罐静置一段时间,再放入恒温干燥箱,设置相对较低的加热温度可以获得相同的消解结果。
[0047]无机酸处理:
本发明所述无机酸处理,也是本方法中比较重要的一项处理步骤。将上述经氢氧化物水溶液处理获得的剩余固体与无机酸混合,设置温度30?60°C,处理时间1?8小时,并且使用的是超声波水浴加热。
[0048]作为本发明一种优选的技术方案,所述无机酸选自高氯酸、硝酸、盐酸、硫酸、磷酸、氢氟酸中的至少一种。
[0049]在本发明一个优选地的实施方式中,所述无机酸是硝酸与高氯酸的混合酸,具体的处理方法可以列举为:将0.1?0.5 g碱处理步骤获得的剩余固体加入到锥形瓶中,加入1?4 g浓硝酸,再加入0.1?0.8 g高氯酸,将锥形瓶放置于已经预热恒温的数控超声波清洗器水浴中,设置水浴温度30?60°C,对样品进行1?8 h超声波水浴处理,冷却至室温,采用离心或者抽滤的方法提取混合溶液中固体,用去离子水清洗至中性,得到无机填料团聚体。
[0050]上述酸溶液处理步骤在相对较低的处理温度下就能够进一步消解剩余固体中氢氧化物水溶液未消解的物质,尤其包裹无机填料并与其表面紧密结合的那部分交联聚合物。
[0051]本申请发明人意料不到的发现,依次经过所述预处理表面改性、氢氧化物水溶液处理,再用无机酸处理,在一定的处理温度和处理时间条件下,能够将交联聚合物消解完,并且不会改变无机填料的结构。推测其可能的原因是,无机填料在与交联聚合物进行混合成型前普遍会进行表面偶联剂改性等处理,使其能够更好的在交联聚合物中分散并发挥性能,改性的无机填料会与交联聚合物结合更加紧密,甚至在表面生成一层难以分离的结合胶,碱处理步骤难以将其消除,无机酸在超声作用下促进了结合胶的瓦解,加上较低的温度和较短的处理时间并不会对无机填料的结构造成破坏,如果单独使用碱处理延长处理时间或提高处理温度会造成消解过度,而单独使用酸处理同样会降低无机填料可测量性,故本发明取得了意料不到的技术效果。
[0052]分散及分析步骤:
上述步骤提取的无机填料团聚体还需进一步分散步骤才能达到便于测量的状态。
[0053]在本发明一些实施方式中,所述在溶剂中分散所述无机填料团聚体,具体的处理方法是:取0.2g无机填料团聚体,放入25?50ml比色管中,加入20?40 ml分散试剂,再放入数控超声波清洗器的水浴中,设置水浴温度-5?0°C,对样品进行1?8小时超声波处理,获得分散炭黑悬浮液。
[0054]作为本发明一种优选的技术方案,所述分散试剂选自一元醇、醚、阴离子表面活性剂中的至少一种。
[0055]在本发明一些优选地实施方式中,分散试剂优选乙醇、乙醇与水的质量比为10?20:1的醇水混合物。
[0056]无机纳米粒径大小通常以平均粒径或比表面积表示,其测定方法有电子显微镜法、低温氮吸附法、大分子吸附法、碘吸附法等。
[0057]本发明中无机填料的粒径测试可以采用本领域技术人员已知的任何一种方法测试得到,例如可以是透射电镜观察法、X射线衍射线宽法、X射线小角散射法、BET比表面积法和离心沉降法。
[0058]作为本发明一种优选的技术方案,使用电子显微镜检测炭黑粒径。优选为透射电子显微镜,操作方法可以列举为:将上述步骤获得的分散无机填料在透射电镜下观察并拍照。透射电镜通过加速高压发射电子,并使电子束透射试样后,与试样内部原子发生相互作用,从而改变其能量及运动方向。由于不同结构具有不同的相互作用,因而,就可以根据透射电子图象所获得的信息,来了解试样内部的晶体结构。鉴于无机填料已经分散在溶剂中,可以直接采用普通的透射电镜粉末状样品制备方法提取无机填料。
[0059]具体的,用玻璃毛细管取出上述步骤获得的分散无机填料悬浮液,滴加在碳支持膜或者铜网上,放入40°C恒温干燥箱中干燥10小时,或者在100°C以上恒温干燥箱中干燥30min,或者在红外灯下烘烤30min,作为后续用于透射电镜观察的样品。
[°06°] 然后通过透射电子显微镜随机拍摄炭黑的照片,用Digital Micrograph或者Image Pro-plus软件对无机填料颗粒粒径进行数据处理与统计。
[0061]下面通过实施例对本发明进行具体描述。有必要在此指出的是,以下实施例只用于对本发明作进一步说明,不能理解为对本发明保护范围的限制,该领域的专业技术人员根据上述本发明的内容做出的一些非本质的改进和调整,仍属于本发明的保护范围。
[0062]本发明的测试过程是,首先购买得到交联聚合物交联前生料和常用无机填料,测量购买到的原始无机填料的粒径;然后在制备交联聚合物的过程中加入无机填料,制得混有无机填料
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