淺談橡膠分析技術(shù)

那洪東 編譯

（炭黑工業(yè)研究設(shè)計(jì)院, 四川 自貢 643000）

淺談橡膠分析技術(shù)

那洪東 編譯

（炭黑工業(yè)研究設(shè)計(jì)院, 四川 自貢 643000）

在橡膠的分析方法中，不同的狀態(tài)可以得到各種各樣的信息。為了靈活運(yùn)用分析，應(yīng)在開始分析前構(gòu)筑分析方法。文中就這一系列問題作了闡述?，F(xiàn)在的分析技術(shù)已從不可想象的微觀世界發(fā)展為清晰可見的時(shí)代了。

分析對象；色譜分析；可視化

0 前 言

每當(dāng)要分析橡膠材料時(shí)，首先應(yīng)當(dāng)考慮“何為分析？”。在一般情況下，分析是指“將復(fù)雜的事情分解為一個(gè)個(gè)單一的要素或成分，并弄清楚它的構(gòu)成”。在分析化學(xué)中是指“調(diào)查物質(zhì)的組成，弄清其成分的種類或者數(shù)量的比例。”為了使分析技術(shù)有助于技術(shù)開發(fā)，文中將分析定義為“為了解決技術(shù)性的問題，應(yīng)弄清楚構(gòu)成物質(zhì)的成分、數(shù)量或存在的狀態(tài)等，再將這些因素重新組合起來，綜合調(diào)查物質(zhì)及其現(xiàn)象”。按照這一定義，文中通過具體的事例，闡述橡膠材料和分析技術(shù)的關(guān)系。

1 橡膠和分析技術(shù)的切入點(diǎn)

如圖1所示，橡膠制品是在生膠中添加配合劑、填充劑等助劑，通過交聯(lián)形成三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。然后，再將混煉膠相互層疊在一起，與金屬材料或者樹脂材料復(fù)合，構(gòu)成橡膠制品。這樣一來，從原材料到中間材料再到制品，橡膠的特性

或性能將會發(fā)生變化，在成為最終橡膠制品后便具有了功能，加之在使用環(huán)境中還會發(fā)生變化。能夠了解在這些過程中物質(zhì)或現(xiàn)象本質(zhì)的最有效的方法，就是分析。經(jīng)過分析可以更加有效地發(fā)揮橡膠的性能，兼顧互相矛盾的性能，縮短開發(fā)周期。因而，分析是在開發(fā)新材料過程中不可缺少的技術(shù)之一。

圖1 橡膠材料及其加工和使用歷程

表1中所列為橡膠和分析技術(shù)之間的關(guān)系。無論是從分析對象，還是從分析目的方面看，橡膠和分析技術(shù)的切入點(diǎn)實(shí)際上是多種多樣的，為了正確地認(rèn)識切入點(diǎn)，若不很好的進(jìn)行分析，則不能得到有效的信息。

表1 橡膠和分析的切入點(diǎn)

為了解決這些分析課題，可以采用多種方法。橡膠分子是有機(jī)物的聚合體，但橡膠材料、橡膠制品多半是和其他材料構(gòu)成復(fù)合材料（或復(fù)合制品），所以對它的分析不能只停留在有機(jī)分析和高分子分析的層面上，應(yīng)該靈活地運(yùn)用表2中所示的各種分析手段，以解決問題。充分掌握各種分析方法的特征，為解決問題必須確定有效的分析方法。另外，從分析的另一角度來說，確定正確的切入點(diǎn)也是很有必要的。

表2 分析橡膠材料及其制品的方法

2 分析步驟

如上所述，采納前言中對“分析”的定義時(shí)，則分析的步驟見圖2所示。就狹義的分析而言，往往考慮圖2中虛線方框內(nèi)的分析步驟，但是按照文中所下的定義，分析則包括圖1中的全部內(nèi)容。

圖2 分析步驟

2.1 分析課題的確定和分析方法的選擇

“分析課題”這一步驟，是把握分析的目的，由分析得出的信息所確定的。

為了得到這些信息而選擇分析方法的步驟，這也是建立分析策略的步驟，必須考慮以下幾點(diǎn)：

① 要求的精度和準(zhǔn)確性；

② 時(shí)間，成本，工時(shí)，裝置、器具等因素；

③ 分析人員的專業(yè)知識，技術(shù)，經(jīng)驗(yàn)；

④ 試樣的物理性質(zhì)、化學(xué)性質(zhì)，采樣及保管等過程及其他與試樣相關(guān)的信息；

⑤ 有無適宜的對比試樣。

一旦要全面考慮這些條件，那么，在為了達(dá)到目的的過程中將會存在不少障礙，這就要考慮如何盡量減少障礙。

2.2 針對分析結(jié)果的解析和解決問題的方法

并不局限于經(jīng)過分析后所弄清的物質(zhì)的組成，數(shù)量或者狀態(tài)以及直接針對研究課題的答案。這樣就有必要將分析出來的成分再進(jìn)行重組，考察定量分析結(jié)果的準(zhǔn)確性，最后得出結(jié)論。

下面以分析硫化促進(jìn)劑為例，解釋分析結(jié)果。

由于硫化促進(jìn)劑的品種繁多，且配合量又較少。加之，經(jīng)過硫化工序后硫化促進(jìn)劑極易發(fā)生分解，在多半情況下不能保持原有的形態(tài)，所以，它是難以分析的成分之一。通過熱分解Gc/ МS，分析硫化促進(jìn)劑。在這樣的分析法中，要分析的是硫化促進(jìn)劑的分解生成物，最后分析出二硫化碳，胺，苯并噻唑成分，由此可以推斷出原來使用的促進(jìn)劑。采用這種方法進(jìn)行分析的結(jié)果見表3所示。

表3 硫化促進(jìn)劑分析結(jié)果實(shí)例

被檢測出來的成分列示在表3的左欄。作為分析結(jié)果，如果僅僅報(bào)告了事實(shí)，那只能說報(bào)告了被檢測出來的成分。然而，如果不了解所采用的分析方法是以什么樣的條件為基礎(chǔ)的，或者是以什么樣的限制為基礎(chǔ)的，那么即使報(bào)告了這些被檢測出來的成分，仍會感到困惑。表3的右欄列示了根據(jù)被檢測出來的成分推斷的全部促進(jìn)劑。如此，問題就解決了嗎？這些促進(jìn)劑的作用機(jī)理復(fù)雜，使用范圍寬廣，為了得到真正有用的信息，應(yīng)考慮分析的目的、試樣的由來，除此以外，還要把思路集中到可能性高的因素上面。從被分析的對象（制品）和分析的目的出發(fā)，在最終的結(jié)論中，超速促進(jìn)劑被排除，那么就應(yīng)當(dāng)考慮是TBTD、OBS以及是MBT/MBTS/ZnMBT三者并用。根據(jù)不同試樣，這一點(diǎn)必須考慮到從相鄰的材料遷移過來這一因素。但是，在這種場合下，由于被檢測出的各種成分的量較多，所以排除了材料間的遷移和污染的可能性。

3 關(guān)于分析技術(shù)的新的潮流

為了開發(fā)新材料，必須要掌握新的信息，為了與此相適應(yīng)，需要研究分析方法。這樣又進(jìn)一步促進(jìn)了開發(fā)，如此無限循環(huán)。另外，從分析技術(shù)的另一側(cè)面來看，也展示了提供新信息的手段。如可視化分析技術(shù)是最新潮的分析方法之技術(shù)的發(fā)展。其中，包括了化學(xué)分析的發(fā)展和觀察技術(shù)的發(fā)展這兩個(gè)方面。前者是被稱為各種光譜分析方法的顯像學(xué)（例如EPMa，顯微FTIR，NMR顯像學(xué)等），由此提高了其空間解析能力。

在觀察技術(shù)發(fā)展方面，首先，可以列舉的是信息的數(shù)字化。經(jīng)過各種圖像處理，可以使信息定量化和被提取。其次，從二維圖像發(fā)展到三維圖像。例如，共焦點(diǎn)激光顯微鏡，三維ТEМ等。圖4所示為采用三維方法觀察橡膠中填充劑分散狀態(tài)的實(shí)例。嘗試了以該圖像為基礎(chǔ)，模擬在微小區(qū)域中變形的分布情況。最后，不僅是形態(tài)信息，還可同時(shí)得到化學(xué)信息和物理信息。在EDX等以往技術(shù)的基礎(chǔ)上，輔之a(chǎn)FМ等傳感顯微鏡的發(fā)展，可以獲得微小區(qū)域中的物理信息。

圖3 橡膠中填充劑的三維TEM圖像

作為與這些可視化分析技術(shù)具有共性的功能，可列舉的有從靜止畫面到動態(tài)畫面，或時(shí)間分解技術(shù)的發(fā)展。這種可視化技術(shù)，不僅增加了信息量，而且可以更加直觀地捕捉到在分析中所得到的信息，對于將這些信息分析變成有用的資料有很大的幫助，期望今后能有更大的發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1] 加藤信子. ゴム材料の分析を考える[J]. Polyfile, 2012(10)：10-14.

[責(zé)任編輯：鄒瑾芬]

TQ 330.7

B

1671-8232(2014)11-0047-04

2013-05-09