丁苯橡胶中炭黑的粒径分析方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于材料工程和检测技术领域，具体是指橡胶材料中炭黑粒径测试方法。
【背景技术】
[0002] 丁苯橡胶（SBR)是由又称聚苯乙烯丁二烯共聚物，由丁二烯、苯乙烯为主要单体， 丁苯橡胶有乳聚丁苯橡胶、溶聚丁苯橡胶，具有耐磨、耐寒、生热低、收缩性低、色泽好、灰分 少、纯度高以及硫化速度快等优点。
[0003] 炭黑是橡胶工业中主要的补充剂和补强剂，在丁苯橡胶中加入炭黑能有效提升橡 胶制品的拉伸强度、硬度和耐磨性，其与炭黑粒子的分布、粒径大小以及炭黑含量有关。不 同粒径的炭黑对橡胶补强效果不同，一般说来，橡胶材料中炭黑粒径越小，材料的拉伸强 度、硬度和补强性能越好。因此，在橡胶的配方分析中，炭黑粒径大小的检测，是一个重要的 测试。
[0004] 现实中，检测橡胶中炭黑粒径大小需要将炭黑和橡胶分离。目前采用较多的分离 方法为硝酸氧化法、管式炉高温热解法、热重分析法、微波裂解法和复分解降解法。但是，这 些方法都很容易对炭黑的骨架造成破坏甚至消解，同样影响后期炭黑粒径分析的准确性。
[0005] 因此，需要开发一种准确度高、可操作性强丁苯橡胶中炭黑的粒径分析方法。
【发明内容】
[0006] 为了解决上述问题，本发明提供丁苯橡胶中炭黑的粒径分析方法，其特征在于， 步骤为： (1) 粉碎丁苯橡胶，加入甲醇和水的混合溶液； (2) 对步骤（1)获得的混合溶液进行光电催化处理； (3) 将步骤(2)获得的混合溶液与碱溶液混合； (4) 将步骤(3)溶液中的剩余固体A，再与酸溶液混合； (5 )将步骤(4 )溶液中的剩余固体B放入溶剂中超声分散； (6)检测步骤(5)获得的炭黑粒子粒径大小。
[0007] 作为一种实施方式，所述甲醇和水的混合溶液中甲醇和水的体积比例为2-6:8。
[0008] 作为一种实施方式，所述光电催化处理中半导体光电极为C3N4/Bi2〇 3/SrTi03:Ce 作为一种实施方式，所述C3N4/Bi2〇3/SrTi03: Ce的原料比为1-10:1.8-10:1。
[0009] 作为一种实施方式，所述3^丨03<6中06源和34原的投料比为0.001-0.1 :1。
[0010] 作为一种实施方式，所述光电催化处理的外极偏压为1.0 V-3.5 V。
[0011] 作为一种实施方式，所述光电催化处理是在超声的条件下处理。
[0012] 作为一种实施方式，所述碱溶液包括氢氧化钠水溶液或氢氧化钾水溶液或两种组 合，所述碱溶液的质量分数为30-50%。
[0013] 作为一种实施方式，所述酸溶液包括硝酸、硝酸与氢氟酸的混合酸、硝酸与磷酸的 混合酸。
[0014] 作为一种实施方式，所述步骤(5)对剩余固体B进行超声分散时，所述溶剂包括水、 醇类溶剂或醇水混合物。
【具体实施方式】
[0015] 参选以下本发明的优选实施方法的详述以及包括的实施例可更容易地理解本发 明的内容。除非另有限定，本文使用的所有技术以及科学术语具有与本发明所属领域普通 技术人员通常理解的相同的含义。当存在矛盾时，以本说明书中的定义为准。
[0016] 当量、浓度、或者其它值或参数以范围、优选范围、或一系列上限优选值和下限优 选值限定的范围表示时，这应当被理解为具体公开了由任何范围上限或优选值与任何范围 下限或优选值的任一配对所形成的所有范围，而不论该范围是否单独公开了。例如，当公开 了范围"1至5"时，所描述的范围应被解释为包括范围"1至4"、"1至3"、"1至2"、"1至2和4至 5"、"1至3和5"等。当数值范围在本文中被描述时，除非另外说明，否则该范围意图包括其端 值和在该范围内的所有整数和分数。
[0017] 单数形式包括复数讨论对象，除非上下文中另外清楚地指明。"任选的"或者"任意 一种"是指其后描述的事项或事件可以发生或不发生，而且该描述包括事件发生的情形和 事件不发生的情形。
[0018] 说明书和权利要求书中的近似用语用来修饰数量，表示本发明并不限定于该具体 数量，还包括与该数量接近的可接受的而不会导致相关基本功能的改变的修正的部分。相 应的，用"大约"、"约"等修饰一个数值，意为本发明不限于该精确数值。在某些例子中，近似 用语可能对应于检测数值的仪器的精度。在本申请说明书和权利要求书中，范围限定可以 组合和/或互换，如果没有另外说明这些范围包括其间所含有的所有子范围。
[0019] 此外，本发明要素或组分前的不定冠词"一种"和"一个"对要素或组分的数量要求 (即出现次数)无限制性。因此"一个"或"一种"应被解读为包括一个或至少一个，并且单数 形式的要素或组分也包括复数形式，除非所述数量明显旨指单数形式。
[0020] 本发明提供一种丁苯橡胶中炭黑的粒径分析方法，其特征在于，步骤为： (1) 粉碎丁苯橡胶，加入甲醇和水的混合溶液； (2) 对步骤（1)获得的混合溶液进行光电催化处理； (3) 将步骤(2)获得的混合溶液与碱溶液混合； (4) 将步骤(3)溶液中的剩余固体A，再与酸溶液混合； (5 )将步骤(4 )溶液中的剩余固体B放入溶剂中超声分散； (6)检测步骤(5)获得的炭黑粒子粒径大小。
[0021] 丁苯橡胶： 丁苯橡胶是聚苯乙烯丁二烯共聚物，根据其制备方法可以将SBR分为乳液聚合丁苯橡 胶(ESBR)和溶液聚合丁苯橡胶(SSBR)。丁苯橡胶是苯乙烯与丁二烯单体通过无规共聚得到 的，丁苯橡胶链节中包含苯乙烯、1，2_聚丁二烯、顺1，4_聚丁二烯、反1，4_聚丁二烯四种结 构单元。
[0022]研究发现，分子链中顺式1，4结构单元的含量对胶料的硫化速度存在较大的影响， 顺式结构越多，二单元浓度、顺式序列平均链段长度及顺式序列链段平均数越高，胶料的焦 烧时间越短、硫化反应速率越高，这是由于分子链中顺式双键具有较高的硫化反应活性所 致。
[0023] 虽然SBR橡胶与天然橡胶类似，但是也有一些差别，例如：SBR的强度低，因此必须 加补强剂才有实用价值；同时SBR的加工温度高于120Γ会产生较为明显的凝胶化现象，为 后续加工带来一定的困难。
[0024] 二烯类橡胶可以产生多种硫化结构，这些不同的结构包括单硫化物、多硫化物以 及硫化反应产生的多功能交联键。
[0025] 由于熔聚丁苯橡胶为非自补强性橡胶，未填充补强剂的SSBR无工业价值，因此，须 对其补强进行研究。炭黑是橡胶工业中最重要的补强性填料，炭黑的补强作用是通过其表 面含有的酮基团或氢醒基团在硫化过程中与橡胶大分子形成的强化学键，进而构成网络结 构起到补强作用。但是炭黑的加入会使橡胶的加工安全性和硫化安全性降低，同时带来力 学性能如拉伸强度、撕裂强度降低，特别是疲劳生热加大等问题。其影响与炭黑粒子的分 布、粒径大小以及炭黑含量有关，不同粒径的炭黑对橡胶补强效果不同，一般说来，橡胶材 料中炭黑粒径越小，材料的拉伸强度、硬度和补强性能越好。
[0026] 本发明的测试过程是，首先购买得到丁苯生胶和炭黑，检测购买到的原始炭黑的 粒径;然后丁苯生胶混炼过程中加入炭黑，制得混有炭黑的丁苯橡胶;将制得的丁苯橡胶采 取本发明的处理方法，进行炭黑和丁苯橡胶的分离，检测分离后炭黑的粒径，将其与购买时 测得原始炭黑的粒径进行对比。
[0027] 粉碎丁苯橡胶: 作为优选，在本发明所述方法中，对丁苯橡胶粉碎时采用低温粉碎法。低温粉碎法是利 用制冷剂冷冻或空气涡轮膨胀式冷冻，使橡胶制品冷至玻璃化温度以下，然后用锤式粉碎 机或盘式粉碎机粉碎。随着温度的降低，橡胶的抗拉强度、硬度、压缩强度会增高，而其冲击 韧性、延伸率降低，材料从常温降到低温，由软变硬表现出温脆性。
[0028] 可以作为冷冻粉碎制冷剂的物质有液氧、液氢、液氦、液体甲烷、液体二氧化碳、干 冰、液氮等。考虑到各种使用限制因素，一般可生产用的有液体二氧化碳、干冰和液氮。干冰 的升华点为-75°C，因此二氧化碳不论是液态还是干冰，制冷效果都不理想。而液氮的沸点 为-196 °C，很容易获得理