一种硫化橡胶中白炭黑的鉴定方法及其应用与流程

1.本技术涉及橡胶测试技术领域，具体涉及一种硫化橡胶中白炭黑的鉴定方法及其应用。


背景技术：

2.众所周知，在轮胎加工配方中，主要存在生胶体系、补强填充体系、增塑体系、防老体系、硫化体系五大部分。在橡胶硫化过程中，发生的反应存在于生胶体系与硫化体系组分的交联反应。对于含有硫化促进剂与硫黄硫化体系，大致硫化过程可分为三个阶段，首先硫黄分子与促进剂反应生成更大的活性中间体，引发生橡胶分子链产生自由基；然后自由基与生橡胶分子链之间发生链式反应生成交联键；最后这些交联键发生重排和热裂解反应形成网状结构，得到稳定的硫化胶。在橡胶硫化过程中，补强填充体系、防老体系、增塑体系并不参与其中反应。目前，在轮胎的补强填充体系中最常用的有炭黑和白炭黑两种材料。通常轮胎配方中会选择炭黑或炭黑/白炭黑混用来提高轮胎整体性能。其中白炭黑的种类和用量直接关系到成品轮胎的滚动阻力、摩擦生热、磨耗等使用性能。
3.在硫化橡胶测试技术中，未知样品中白炭黑的定性定量鉴定是非常重要的测试项目。传统方法中普遍使用硫化橡胶炭化后高温灼烧的方法得到白炭黑灰分，在炭化和灼烧过程中温度超过800℃，高温会破坏白炭黑本身的微观结构，导致测得的颗粒比表面积存在较大误差，无法准确检测比表面积，该技术问题亟待解决。


技术实现要素：

4.本发明的目的是为了解决上述技术的不足，提供一种硫化橡胶中白炭黑的鉴定方法及其应用，提高白炭黑的比表面积检测的准确性。
5.为此，本发明提供一种硫化橡胶中白炭黑的鉴定方法，其步骤包括：
6.(1)将硫化胶样品制成小块；最好将硫化胶样品剪成小于2mm的小块，便于下步的加热裂解。
7.(2)在真空状态下或惰性气体保护下充分加热裂解，裂解的温度不超过600℃，得到裂解固体产物。除去硫化胶样品中的以橡胶为主的高分子组分和小分子挥发性有机物，主要包括网状结构的天然胶、顺丁胶、丁苯胶等常见的橡胶大分子，防老剂、树脂、油类、蜡等小分子挥发性有机物。裂解的温度最好为300～600℃，裂解的时间最好为0.5h以上，以实现充分加热裂解。
8.(3)将裂解固体产物转移到马弗炉中通入足量的空气充分灼烧，灼烧的温度不超过750℃，得到灰分残渣。除去裂解固体产物中的炭黑、硫磺等可与空气反应生成气体的物质，例如炭黑和氧气反应生成二氧化碳逸出，硫磺与氧气反应生成二氧化硫逸出。灼烧的温度最好为400～750℃，灼烧的时间最好为4h以上，以实现充分灼烧。
9.(4)将灼烧剩余的灰分残渣加入足量稀酸溶液浸泡，除去灰分残渣中的氧化锌等金属氧化物、以及碳酸钙等可与稀酸反应生成溶于溶液中的物质。稀酸溶液可以为稀盐酸、
稀硫酸、稀硝酸，其中最好为具有强氧化性、强腐蚀性的稀硝酸溶液，稀硝酸溶液的体积浓度可以为10％，也可以根据实际情况选用其他的体积浓度。如果灰分残渣完全溶解，则硫化胶样品中不含有白炭黑；如果仍然含有灰分残渣，则硫化胶样品中含有白炭黑，将灰分残渣加入去离子水中清洗至ph为中性，过滤后弃去滤液，得到滤渣。
10.本发明硫化橡胶中白炭黑的鉴定方法应用于现有的轮胎橡胶补强体系有且仅含有炭黑、或者炭黑/白炭黑、或者白炭黑三种配方的硫化胶，如果是炭黑配方，则硫化胶样品经过上述处理后没有残余物；如果是炭黑/白炭黑、或者白炭黑配方，则硫化胶样品经过上述处理后仍然含有灰分残渣，灰分残渣加入去离子水清洗除去表面残留的稀酸溶液，然后过滤，弃去滤液，得到滤渣，将滤渣烘干，烘干温度最好为100～110℃，烘干后得到的固体为白炭黑，采用bet法测试白炭黑比表面积，通过比表面积测试结果定性鉴别白炭黑。
11.本发明的有益效果为：本发明提供一种硫化橡胶中白炭黑的鉴定方法及其应用，硫化胶样品经过制样、裂解、灼烧、酸洗、烘干等步骤，其中裂解的温度控制在600℃以内，灼烧的温度控制在750℃以内，快速、简便、准确的测试橡胶中所用白炭黑的比表面积，并用于定性鉴定，不会破坏白炭黑本身的微观结构，使测得的颗粒比表面积更加准确。另外，用传统的炭化和灼烧的方法，需要24h以上，而本发明大大缩短处理过程时长，只需要6h即可完成。
附图说明
12.为了更清楚地说明本技术实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
13.图1为本发明的工艺流程图。
具体实施方式
14.为了使本技术所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本技术，并不用于限定本技术。
15.由图1所示，按照本发明的工艺流程图，开展实施例1～实施例8的硫化橡胶中白炭黑的鉴定，硫化胶样品选取自现有的轮胎橡胶补强体系含有炭黑、或者炭黑/白炭黑、或者白炭黑三种配方的硫化胶，具体如下：
16.实施例1：
17.一种硫化橡胶中白炭黑的鉴定方法，其步骤包括：称取硫化胶样品4g，剪成小于2mm的小块，在管式炉中真空状态下充分加热裂解，裂解的温度为300℃，裂解的时间为2h，得到裂解固体产物；将裂解固体产物转移到马弗炉中通入足量的空气充分灼烧，灼烧的温度为400℃，灼烧的时间为8h，得到灰分残渣；将灼烧剩余的灰分残渣加入足量的体积浓度为10％的稀硝酸溶液充分浸泡后，将剩余的灰分残渣加入去离子水中清洗至ph为中性后过滤，弃去滤液，得到滤渣，将滤渣烘干，烘干温度为100℃，得到白炭黑，采用bet法测试白炭黑比表面积为140.7587m2/g，通过比表面积测试结果定性判定为1165mp白炭黑。
18.实施例2：
19.一种硫化橡胶中白炭黑的鉴定方法，其步骤包括：称取硫化胶样品4g，剪成小于2mm的小块，在管式炉中真空状态下充分加热裂解，裂解的温度为600℃，裂解的时间为1h，得到裂解固体产物；将裂解固体产物转移到马弗炉中通入足量的空气充分灼烧，灼烧的温度为750℃，灼烧的时间为4h，得到灰分残渣；将灼烧剩余的灰分残渣加入足量的体积浓度为10％的稀硝酸溶液充分浸泡后，将剩余的灰分残渣加入去离子水中清洗至ph为中性后过滤，弃去滤液，得到滤渣，将滤渣烘干，烘干温度为105℃，得到白炭黑，采用bet法测试白炭黑比表面积为195.8474m2/g，通过比表面积测试结果定性判定为9100gr白炭黑。
20.实施例3：
21.一种硫化橡胶中白炭黑的鉴定方法，其步骤包括：称取硫化胶样品4g，剪成小于2mm的小块，在管式炉中真空状态下充分加热裂解，裂解的温度为550℃，裂解的时间为2h，得到裂解固体产物；将裂解固体产物转移到马弗炉中通入足量的空气充分灼烧，灼烧的温度为400℃，灼烧的时间为10h，得到灰分残渣；将灼烧剩余的灰分残渣加入足量的体积浓度为10％的稀硝酸溶液充分浸泡后，将剩余的灰分残渣加入去离子水中清洗至ph为中性后过滤，弃去滤液，得到滤渣，将滤渣烘干，烘干温度为110℃，得到白炭黑，采用bet法测试白炭黑比表面积为110.8062m2/g，通过比表面积测试结果定性判定为1115mp白炭黑。
22.实施例4：
23.一种硫化橡胶中白炭黑的鉴定方法，其步骤包括：称取硫化胶样品4g，剪成小于2mm的小块，在真空管式炉中通入0.1mpa氮气保护下充分加热裂解，裂解的温度为550℃，裂解的时间为2h，得到裂解固体产物；将裂解固体产物转移到马弗炉中通入足量的空气充分灼烧，灼烧的温度为550℃，灼烧的时间为8h，得到灰分残渣；将灼烧剩余的灰分残渣加入足量的体积浓度为10％的稀硝酸溶液充分浸泡后，将剩余的灰分残渣加入去离子水中清洗至ph为中性后过滤，弃去滤液，得到滤渣，将滤渣烘干，烘干温度为105℃，得到白炭黑，采用bet法测试白炭黑比表面积为149.6647m2/g，通过比表面积测试结果定性判定为1165mp白炭黑。
24.实施例5：
25.一种硫化橡胶中白炭黑的鉴定方法，其步骤包括：称取硫化胶样品4g，剪成小于2mm的小块，在管式炉中真空状态下充分加热裂解，裂解的温度为300℃，裂解的时间为4h，得到裂解固体产物；将裂解固体产物转移到马弗炉中通入足量的空气充分灼烧，灼烧的温度为400℃，灼烧的时间为10h，得到灰分残渣；将灼烧剩余的灰分残渣加入足量的体积浓度为10％的稀硝酸溶液充分浸泡后，如果灰分残渣完全溶解，则硫化胶样品中不含有白炭黑；如果仍然含有灰分残渣，则硫化胶样品中含有白炭黑，将灰分残渣加入去离子水中清洗至ph为中性后过滤，弃去滤液，得到滤渣，将滤渣烘干，烘干温度为105℃，得到白炭黑，采用bet法测试白炭黑比表面积为141.1888m2/g，通过比表面积测试结果定性判定为1165mp白炭黑。
26.实施例6：
27.一种硫化橡胶中白炭黑的鉴定方法，其步骤包括：称取硫化胶样品4g，剪成小于2mm的小块，在管式炉中真空状态下充分加热裂解，裂解的温度为600℃，裂解的时间为0.5h，得到裂解固体产物；将裂解固体产物转移到马弗炉中通入足量的空气充分灼烧，灼烧
的温度为750℃，灼烧的时间为4h，得到灰分残渣；将灼烧剩余的灰分残渣加入足量的体积浓度为10％的稀硝酸溶液充分浸泡后，如果灰分残渣完全溶解，则硫化胶样品中不含有白炭黑；如果仍然含有灰分残渣，则硫化胶样品中含有白炭黑，将灰分残渣加入去离子水中清洗至ph为中性后过滤，弃去滤液，得到滤渣，将滤渣烘干，烘干温度为105℃，得到白炭黑，采用bet法测试白炭黑比表面积为141.6757m2/g，通过比表面积测试结果定性判定为1165mp白炭黑。
28.实施例7：
29.一种硫化橡胶中白炭黑的鉴定方法，其步骤包括：称取硫化胶样品4g，剪成小于2mm的小块，在管式炉中真空状态下充分加热裂解，裂解的温度为500℃，裂解的时间为2h，得到裂解固体产物；将裂解固体产物转移到马弗炉中通入足量的空气充分灼烧，灼烧的温度为550℃，灼烧的时间为8h，得到灰分残渣；将灼烧剩余的灰分残渣加入足量的体积浓度为10％的稀硝酸溶液充分浸泡后，如果灰分残渣完全溶解，则硫化胶样品中不含有白炭黑；如果仍然含有灰分残渣，则硫化胶样品中含有白炭黑，将灰分残渣加入去离子水中清洗至ph为中性后过滤，弃去滤液，得到滤渣，将滤渣烘干，烘干温度为105℃，得到白炭黑，采用bet法测试白炭黑比表面积为137.1019m2/g，通过比表面积测试结果定性判定为1165mp白炭黑。
30.实施例8：
31.一种硫化橡胶中白炭黑的鉴定方法，其步骤包括：称取硫化胶样品4g，剪成小于2mm的小块，在管式炉中真空状态下充分加热裂解，裂解的温度为550℃，裂解的时间为2h，得到裂解固体产物；将裂解固体产物转移到马弗炉中通入足量的空气充分灼烧，灼烧的温度为550℃，灼烧的时间为8h，得到灰分残渣；将灼烧剩余的灰分残渣加入足量的体积浓度为10％的稀硝酸溶液充分浸泡后，灰分残渣完全溶解，未见固体物质残留，则硫化胶样品中不含有白炭黑。
32.以上所述仅为本技术的较佳实施例而已，并不用以限制本技术，凡在本技术的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本技术的保护范围之内。