丁基橡胶中炭黑粒径的分析方法
【专利说明】丁基橡胶中炭黑粒径的分析方法
[0001]
技术领域
[0002]本发明涉及橡胶领域，特别涉及一种丁基橡胶中炭黑粒径的方法。
【背景技术】
[0003]丁基橡胶，简称IIR，是合成橡胶中的一种，由异丁烯和少量异戊二烯合成，其具有良好的化学稳定性和热稳定性，最突出的优点是气密性和水密性。它对空气的透过率为天然橡胶的1/7、丁苯橡胶的1/5，而对蒸汽的透过率则为天然橡胶的1/200、丁苯橡胶的I/140，因此，其制成品不易漏气，一般用来制造汽车、飞机轮子的内胎。
[0004]炭黑是橡胶工业中的主要补充剂和补强剂，在丁基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，而这些性能与炭黑粒径分布、粒径大小及炭黑含量有关。一般来说，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，检测炭黑粒径的大小，对橡胶行业十分重要。
[0005]普通测试橡胶中炭黑粒径的方法有电镜扫描法和高浓度硝酸或高氯酸消解法。电镜扫描法是对橡胶制品的横切面进行电镜扫描计算其粒径大小及分布的方法，但是纳米级炭黑由于其具有很大的比表面积而十分容易团聚，导致得到的粒径并不准确，而用高浓度硝酸或高氯酸消解法由于使橡胶处于强酸和高温等极性条件，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测量的准确性。因此，非常需要设计一种高准确度、强可操控性的测量丁基橡胶中炭黑粒径的方法。
【发明内容】
[0006]为了解决上述问题，本申请提出了一种丁基橡胶中炭黑粒径的方法，包括如下步骤:
(1)粉碎丁基橡胶，得到丁基橡胶粉末；
(2)将丁基橡胶粉末与卤素单质溶液混合后，进行热处理，分离得到第一剩余固体A;
(3)用碱溶液处理第一剩余固体A，分离得到第二剩余固体B;
(4)用酸溶液处理第二剩余固体B，分离得到炭黑团聚体；
(5)分散处理炭黑团聚体，检测炭黑粒径。
[0007]作为一种优选的实施方式，所述卤素单质溶液为氟单质溶液、氯单质溶液、溴单质溶液、碘单质溶液中的一种或几种。
[0008]作为一种优选的实施方式，步骤(2)所述的热处理为微波加热，功率为0-80W。
[0009]作为一种优选的实施方式，步骤(2)所述的热处理温度为40_90°C，处理时间为3min-2h0
[0010]作为一种优选的实施方式，步骤(3)中碱溶液处理的温度为80-100 °C、时间为0.5-5h0[0011 ]作为一种优选的实施方式，所述碱溶液包括氢氧化钠水溶液或氢氧化钾水溶液。
[0012]作为一种优选的实施方式，所述碱溶液的质量分数为40?60%。
[0013]作为一种优选的实施方式，步骤(4)中酸溶液处理的温度为30_60°C、时间为2-1Oh0
[0014]作为一种优选的实施方式，所述步骤(4)中酸溶液包括硝酸、硝酸与高氯酸的混合酸、硝酸与硫酸的混合酸。
[0015]作为一种优选的实施方式，所述步骤(5)对剩余固体B进行超声分散时，选择的分散试剂包括水、醇类溶剂或醇水混合物。
[0016]参考以下详细说明更易于理解本发明的上述以及其他特征、方面及优点。
【具体实施方式】
[0017]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。
[0018]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。
[0019]如本文所用术语“由…制备”与“包含”同义。本文中所用的术语“包含”、“包括”、“具有”、“含有”或其任何其它变形，意在覆盖非排它性的包括。例如，包含所列要素的组合物、步骤、方法、制品或装置不必仅限于那些要素，而是可以包括未明确列出的其它要素或此种组合物、步骤、方法、制品或装置所固有的要素。
[0020]连接词“由…组成”排除任何未指出的要素、步骤或组分。如果用于权利要求中，此短语将使权利要求为封闭式，使其不包含除那些描述的材料以外的材料，但与其相关的常规杂质除外。当短语“由…组成”出现在权利要求主体的子句中而不是紧接在主题之后时，其仅限定在该子句中描述的要素;其它要素并不被排除在作为整体的所述权利要求之外。
[0021]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“I至5”时，所描述的范围应被解释为包括范围“I至4”、“I至3”、“1-2”、“1-2和4-5”、“1-3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。
[0022]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。
[0023]“聚合物”意指通过聚合相同或不同类型的单体所制备的聚合化合物。通用术语“聚合物”包含术语“均聚物”、“共聚物”、“三元共聚物”与“共聚体”。
[0024]“共聚体”意指通过聚合至少两种不同单体制备的聚合物。通用术语“共聚体”包括术语“共聚物”(其一般用以指由两种不同单体制备的聚合物)与术语“三元共聚物”(其一般用以指由三种不同单体制备的聚合物)。其亦包含通过聚合四或更多种单体而制造的聚合物。
[0025]除非另有指明，本申请温度均以摄氏度表示，所有聚合物分子量按数均分子量计，数均分子量的测试方法为蒸汽压法。
[0026] —种丁基橡胶中炭黑粒径的分析方法，包括如下步骤:
(1)粉碎丁基橡胶，得到丁基橡胶粉末；
(2)将丁基橡胶粉末与卤素单质溶液混合后，进行热处理，分离得到第一剩余固体A;
(3)用碱溶液处理第一剩余固体A，分离得到第二剩余固体B;
(4)用酸溶液处理第二剩余固体B，分离得到炭黑团聚体；
(5)分散处理炭黑团聚体，检测炭黑粒径。
_7] 丁基橡胶和炭黑
丁基橡胶是合成橡胶的一种，其气密性好、耐热、耐老化、耐化学药品、并具有吸震、电绝缘性能，对阳光、臭氧具有良好的抵抗性，可暴露于可氧化的化学物中。其气密性能优异，据统计，它对空气的透过率为天然橡胶的1/7，丁苯橡胶的1/5，而对蒸汽的透过率则为天然橡胶的1/200，丁苯橡胶的1/140，因此常用丁基橡胶制作各种轮胎的内胎、无内胎轮胎的气密层、各种密封垫圈，在化学工业中做盛放腐蚀性液体容器的衬里、管道和输送带，在农业上用作防水材料。
[0028]炭黑是补强体系中重要的补强填充剂，对橡胶胶料的物理机械性能和加工工艺都有重要影响。工业炭黑是由烃类不完全燃烧而制得的具有高度分散性的黑色粉末状物质，炭黑的主要成分就是碳，在炭黑粒子中，由碳原子组成正六角环形的网状平面，每个层面包含有约100个碳原子，环中的碳原子以主价键相互连接。
[0029]炭黑的粒径的大小与制造方法和生产条件有很大关系，同一种炭黑，其粒子大小并不相同，而呈一定的分布状态。通常现有技术中所指的炭黑粒径是依电子显微镜照片中粒子大小的统计平均值表示的。炭黑的粒径越小，硫化胶的拉伸强度、撕裂强度、定伸应力、耐磨性、硬度越高，回弹性和扯断伸长率减小。但如果粒径过小，粒子之间会重新凝聚，容易形成团，从而导致混炼过程中分散困难，降低其可塑性和压出性能。炭黑的命名可参考ASTMD1765 5《橡胶用炭黑分类命名系统》，一般命名中的字母和数字都能体现炭黑的大致结构和粒径范围。
[0030]在混炼过程中，炭黑能够与部分橡胶分子链产生化学结合，生成不能被溶剂抽出的炭黑凝胶或称结合橡胶。炭黑凝胶在橡胶交联网络中起着稳定的骨架作用，提高橡胶性能的同时也加剧了消解的困难。
[0031]粉碎丁基橡胶
所述的粉碎方式为常见的那些，如压碎、击碎、磨碎、剪碎、低温粉碎或其他辅助方式。作为优选，在本发明所述的方法中，对丁基橡胶粉粹采用低温粉碎法。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。
[0032]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，很容易获得理想的低温效果，而且液氮由空气分离制取，原料资源丰富，能够大量生产，成本较低。液氮可以直接输入粉碎机内，从而减少预冷时