橡膠的組分分析在質(zhì)量控制和產(chǎn)品研發(fā)方面都是非常重要的。本文中，我們使用熱重分析儀TGA測(cè)定了NR/SBR橡膠共混物中油的含量，同時(shí)通過優(yōu)化加熱速率和使用真空條件對(duì)油的氣化和聚合物分解的分離程度進(jìn)行研究。測(cè)試結(jié)果表明，較低的加熱速率提高了油測(cè)定的準(zhǔn)確度，但是相應(yīng)的測(cè)試時(shí)間也變長，然而通過減小環(huán)境壓力則可以快速非常準(zhǔn)確地測(cè)定油的含量。

      我們知道聚合物通常含有多種組分以及各種添加劑，例如：交聯(lián)劑、增塑劑、填料、穩(wěn)定劑、阻燃劑等。橡膠的生產(chǎn)過程和物理性能主要依賴于橡膠的組分。橡膠的組分分析對(duì)于橡膠生產(chǎn)商和購買方以及進(jìn)行橡膠研發(fā)都是至關(guān)重要。對(duì)橡膠組分的分析主要是幫助我們進(jìn)行原材料和硫化產(chǎn)品的質(zhì)量控制，研發(fā)新的配方以及優(yōu)化共混和硫化過程中的各種加工參數(shù)。

      橡膠中使用的重要的增塑劑是油。它可以提高橡膠的流動(dòng)性能、加工性能以及物理性能。然而測(cè)定橡膠中油的含量是比較困難，因?yàn)橛偷臍饣途酆衔锏姆纸饨?jīng)常重疊，所以要想準(zhǔn)確測(cè)定油的含量需要確保油在低溫下?lián)]發(fā)的實(shí)驗(yàn)條件。橡膠中油的揮發(fā)包含了一個(gè)相轉(zhuǎn)變過程和一個(gè)時(shí)間依賴性的傳送過程。加速油的揮發(fā)可以通過兩種途徑，一是使用小質(zhì)量的樣品，這樣可以提高表面/體積比，從而可以加速油的揮發(fā)；二是減小壓力。低加熱速率也能夠延長分解溫度之前的揮發(fā)時(shí)間。聚合物的分解溫度幾乎不受樣品質(zhì)量、加熱速率和壓力的影響，所以可以通過優(yōu)化這些參數(shù)提高氣化和聚合物分解的程度，這樣就可以獲得一個(gè)更準(zhǔn)確的油含量測(cè)試結(jié)果。下面我們以NR/SBR橡膠共混物的例子給大家進(jìn)行介紹。

       圖1顯示了常壓下加熱速率為2、10和30K/min的樣品測(cè)試曲線。質(zhì)量損失主要有三個(gè)臺(tái)階。臺(tái)階1對(duì)應(yīng)揮發(fā)性組分的失重，例如水分和油。當(dāng)2K/min加熱 (低速率)時(shí)，這個(gè)臺(tái)階可以被分成兩個(gè)不同的質(zhì)量損失區(qū)域，分別為170°C以前的失水，然后是300°C以前的油揮發(fā)。臺(tái)階2和臺(tái)階3對(duì)應(yīng)于NR和SBR的分解。殘余物為無機(jī)添加劑和碳黑。使用DTG曲線對(duì)TGA曲線進(jìn)行計(jì)算，結(jié)果總結(jié)在表2中。

                  圖1.NR/SBR共混物的TGA和DTG曲線， 加熱速率分別為2、10和30K/min，常壓氮?dú)狻?/span>

      從測(cè)試曲線中可以看出，包含質(zhì)量損失的這些效應(yīng)在更低的加熱速率下向低溫方向偏移。這樣的結(jié)果可以很好地分離每一個(gè)過程。油的揮發(fā)和聚合物分解分離程度的改善使得油含量的測(cè)試值從4.6% (30K/min)變化到8.4%(2K/min)。后者更接近于配方的真實(shí)值9.1%。低加熱速率條件下分辨率的提高使得每一種聚合物組分都能夠準(zhǔn)確測(cè)定。分解臺(tái)階(2和3)的總質(zhì)量損失與聚合物組分(25.5%+7.2%)和硫化添加劑(4%)的總和(36.7%)吻合得很好。

              壓力對(duì)油含量測(cè)定的影響

       通過10mbar和1000mbar氮?dú)鈼l件下的樣品測(cè)試來進(jìn)行壓力影響的研究，加熱速率為10K/min。圖2中顯示了TGA和DTG曲線，結(jié)果總結(jié)在表3中。標(biāo)記(M)的溫度為臺(tái)階的中點(diǎn)，另一個(gè)溫度是DTG曲線的峰值溫度。

       DTG曲線顯示，在真空條件下油在更低的溫度下?lián)]發(fā)，但是聚合物的分解溫度保持不變。兩種聚合物組分的分解臺(tái)階在真空條件下可以分離得更好，這主要是因?yàn)榉纸獾臍怏w產(chǎn)物在真空條件下可以更快地?cái)U(kuò)散出樣品。

       油的含量也可以在真空10K/min加熱的條件下準(zhǔn)確地測(cè)定。10K/min的真空測(cè)試的分辨率和常壓2K/min的測(cè)試相當(dāng)(圖2)。聚合物組分和硫化劑的含量是36.1%。真空條件下測(cè)試的油的含量比常壓下的測(cè)試值更接近于真實(shí)值。

           圖2 NR/SBR共混物的TGA曲線和DTG曲線，測(cè)試條件分別為10mbar和1000mbar，氮?dú)猓?0K/min

              表3. NR/SBR共混物的失重結(jié)果，測(cè)試條件分別為10mbar和1000mbar，氮?dú)猓?0K/min