红外光谱法定性分析三元乙丙橡胶的制样方法探讨

红外光谱法定性分析三元乙丙橡胶的制样方法探讨
赵笛;滕谋勇;王平;庞振华;白凡;郑乃雪
【摘要】分别采用三种方法制备三元乙丙橡胶制品试样,并用红外光谱法对其定性分析.结果表明,相比硫化胶溶解制膜法,用溶剂抽提后裂解制样和直接裂解制样法制备的试样进行红外光谱分析均能得到与GB/T7764-2001《橡胶鉴定红外光谱法》吻合的标准.从实验的经济快速考虑,可以采用直接裂解制样法定性分析三元乙丙橡胶制品,且分析结果可靠.
【期刊名称】《聊城大学学报（自然科学版）》
【年(卷),期】2014(027)003
【总页数】3页(P86-88)
【关键词】三元乙丙橡胶;试样制备;红外光谱;成分分析
【作者】赵笛;滕谋勇;王平;庞振华;白凡;郑乃雪
【作者单位】聊城大学材料科学与工程学院,山东聊城252059;聊城大学材料科学与工程学院,山东聊城252059;潍柴动力股份有限公司,山东潍坊261061;潍柴动力股份有限公司,山东潍坊261061;潍柴动力股份有限公司,山东潍坊261061;潍柴动力股份有限公司,山东潍坊261061
【正文语种】中文
【中图分类】TQ336.3
橡胶由于具有弹性高、气密性好等特性，在航空、运输和工业生产等领域起着越来越重要的作用[1].橡胶制品成分复杂，含有橡胶、配合剂和添加剂等多种有机和无
机组分，各种组分对其性能都有一定的影响[2]，但主体橡胶胶种对橡胶制品的耐
温性能、耐油性能性能影响最大.因此，在进行橡胶制品的检验时非常关注橡胶制
品的主体橡胶胶种，橡胶胶种的鉴定可采用多种方法进行，红外光谱法鉴定胶种是一种常用的方法[3]，它能对橡胶中的胶种进行全面的剖析，且操作方便，结果可靠，是一种经济而快速的分析方法.
三元乙丙橡胶是重要的乙烯-丙烯共聚物，其IR光谱实际上是聚乙烯和聚丙烯的
IR光谱的叠加[4].
GB/T7764-2001《橡胶鉴定红外光谱法》[5]规定了试样制备方法和谱图解析的指南，制备方法主要包括热裂解法和薄膜法，薄膜法中又有溶解制膜法和裂解制膜法，橡胶制品由于高度交联，很难溶解和融熔，制备方法比较复杂.红外光谱分析最方
便的方法是裂解制样法[6]，但是，实验中，样品中的有机助剂会干扰胶种分析，
一般用丙酮或氯仿-丙酮抽提大部分有机助剂再裂解制样[1]，此过程耗时较长.所以，怎样用最小的成本和最快速度全面、准确地剖析橡胶制品主体胶种是检测人员和有关技术人员较关心的问题.本实验就以三元乙丙橡胶为例，通过研究不同制备试样
方法，采用红外光谱法对橡胶制品进行分析，研究一种简便的试样制备方法.
1.1 主要设备和仪器
IR100型傅立叶红外光谱仪，NiCOLET；DF-101S型集热式搅拌器，金坛市新航
仪器厂；RE-52A型旋转蒸发器，郑州长城科工贸有限公司；索氏抽提器，市售；试管；酒精灯；玻璃棒.
1.2 主要原材料
三元乙丙橡胶水管，潍柴动力股份有限公司提供；溴化钾，Aladdin Chemistry Co. Ltd；丙酮，莱阳经济技术开发区精细化工厂；1,2-二氯苯，天津市致远化学
试剂有限公司.
1.3 实验流程
1.3.1 硫化胶的溶解制膜.(1) 用丙酮抽提滤纸3 h，使溶于溶剂的杂质除掉以备用
滤纸.(2) 称取剪成
截面积约为1 mm2的条形试样约1 g(精确至0.001 g)，将称好的试样用丙酮抽
提过的滤纸包好，置于索氏抽提器内，加入约虹吸杯体积1.5倍丙酮溶剂与恒重的接受瓶内，在加热器上回流抽提16±0.5 h.(3) 硫化胶溶解，取1 g制备好的胶样
和50 mL 1,2-二氯苯放入烧瓶中，油浴加热至120℃左右直至胶样溶解或部分溶解.溶解4h，溶解液冷却至室温后，备用.
1.3.2 用溶剂抽提后裂解制样.(1) 橡胶制品中有机助剂的提取，取剪碎的胶样约1 g，用滤纸包好，用丙酮作为溶剂在索氏抽提器中抽提4-6 h，胶料烘干备用，抽
提液用旋转蒸发器浓缩至约2 mL备用.(2) 取0.1-0.2 g抽提好的试样(能覆盖住试管底部)，放在小玻璃试管底部，横放试管，并将装有试样的试管底部置于火焰的
高温区(酒精灯的外焰)以使试样迅速的热解，尽可能减少炭化，当有热解物出现后，逐渐倾斜试管以使热解物流出，备用.
1.3.3 直接裂解制样.取剪好的1 mm3大小橡胶制品颗粒1-2 g(能覆盖住试管底部)，放在玻璃试管底部，横放试管，并将装有试样的试管底部置于火焰的高温区(酒精灯的外焰)以使试样迅速的热解，尽可能减少炭化，当有热解物出现后，逐渐倾斜试管以使热解物流出，备用.
1.3.4 红外光谱测试.首先将要用来压片的溴化钾，在设定温度是100℃的烘箱中烘4 h，取已烘好的溴化钾，用天然玛瑙研磨器研磨3-4 min，取少量研磨好的溴化
钾放在模具上压片，压力约为11 MPa，取1.3.1-3制备的样品分别均匀地涂抹在溴化钾片上，得到样品，进行红外测试.
2.1 硫化胶的溶解制膜红外光谱图分析
图1为硫化胶溶解制膜法得到的红外光谱图.与标准谱图相比，图1的光谱图中在
1 364.10 cm-1处出现很弱的峰，并没有标准中所述的属于-CH3的强峰.除此之外，也分别没有在1 150 cm-1和72
2 cm-1处出现中强峰.其原因是，硫化橡胶
为体型分子，由于网格结点的束缚[7]，在有机溶剂中只溶胀不溶解.硫化橡胶与溶
剂接触后，其情况与进入非硫化相较相似，溶剂分子被吸收，进入大分子的三维网络结构之中，并迅速向橡胶大分子的间隙扩散，继而逐渐撑开大分子纠缠网.但不
同的是，溶剂分子无法瓦解或破坏硫化网，充其量只能导致体积膨胀或耐增重[8].
所以，硫化胶溶解制膜的方法并不可取.
2.2 用溶剂抽提后裂解制样的红外光谱图分析
图2为经丙酮抽提处理后的胶料裂解液的红外光谱图.总体来看，抽提后裂解试样
得到的谱图峰尖而窄，与标准谱图对照，此红外谱图的吸收峰位置及其峰的归属和特征也均与乙丙橡胶相吻合.根据谱图进行解析，在2 925.37 cm-1和2 854.10 cm-1处出现-CH2的伸缩振动吸收峰，在1 376.82 cm-1处的-CH3吸收峰也很
明显.在1 459.31 cm-1处峰很强，说明含有CH3-C键，即CH3的变角振动，可判断其为烃类橡胶.CC 伸缩振动吸收峰出现在1 640.90 cm-1 处，并且在722.93 cm-1处也出现乙烯的特征峰，综上，可确认此胶样为乙丙橡胶.此外，利用与甲撑序列相关的吸收峰(720、730、725 cm-1)，不仅可以对乙丙共聚物进行定性分析，还可以进行定量分析[9].所以，抽提后裂解制样的方法可以准确剖析橡胶的胶种. 2.3 直接裂解制样红外光谱图分析
图3为胶料直接裂解制样的红外光谱图.直接裂解法是对抽提裂解法步骤的简化.与标准谱图对照，此红外谱图的吸收峰位置及其峰的归属和特征均与乙丙橡胶相吻合.根据谱图进行解析，在2 924.94 cm-1和2 853.96 cm-1处出现-CH2的伸缩振
动吸收峰，在1 376.76 cm-1处的-CH3吸收峰很明显.此外，在1 460.17 cm-1
处峰很强，含有CH3-C键，也就是CH3的变角振动，可判断其为烃类橡胶.CC
伸缩振动吸收峰出现在1 640.83 cm-1 处，并且在723.92 cm-1处也出现乙烯的
特征峰[9].相比于抽提后裂解制样，直接裂解得到的红外光谱图中杂峰较多，可能是由于橡胶中的防老剂或者促进剂等引起，此处我们就不对其进行深入探究.凭借上述主要特征吸收峰分析，此红外谱图的吸收峰位置及其峰的归属和特征均与乙丙橡胶相吻合，即可确认此胶样为乙丙橡胶.所以，直接裂解制样的方法同样能较为准确的分析橡胶的胶种.
对于三元乙丙橡胶制品，用硫化胶溶解制膜法制备试样不能得到与GB/T7764-2001《橡胶鉴定红外光谱法》吻合的谱图，而溶剂抽提裂解制样和直接裂解制样得到的红外光谱图均可对胶样进行较为准确的剖析，但溶剂抽提裂解法步骤繁琐且不易操作，而直接裂解制样法操作相对更方便，分析结果可靠，是一种经济而快速的试样制备方法，为红外光谱法对橡胶的鉴定起到一定的参考作用.
【相关文献】
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