氣相色譜/質(zhì)譜聯(lián)用分析橡膠制品噴霜析出物

董彩玉，朱 凱，呂佳萍，蒼飛飛

（北京橡膠工業(yè)研究設(shè)計院，北京 100143）

噴霜是橡膠制品中經(jīng)常出現(xiàn)的質(zhì)量問題，它是指混煉膠或硫化膠內(nèi)部的液體或固體配合劑因遷移而在橡膠制品表面析出的現(xiàn)象[1]。噴霜析出物外觀大多呈霜狀，部分呈油狀（如軟化劑、增塑劑等析出物）或粉狀（如填充劑、防老劑、促進劑等析出物），甚至炭黑也會噴霜。通常認為，噴霜是由于配合劑在彈性體基質(zhì)中不能完全溶解而析出。未硫化膠在貯存階段發(fā)生噴霜，會導(dǎo)致半成品粘合性差。噴霜由膠料的組分及其結(jié)構(gòu)決定，與膠種和配合劑的品種和用量、膠料的加工工藝和硫化工藝、模具的光潔度和清潔度有關(guān)，也與橡膠制品的貯存與使用條件（光、熱和介質(zhì)等）有關(guān)。許多文獻[2-7]對預(yù)防橡膠制品噴霜提出了建議，梁悅等[8]綜述了橡膠的噴霜原因、機理及其防護研究進展，并提出相關(guān)的建議。

隨著橡膠配合劑品種的日益繁多以及復(fù)配產(chǎn)品的日新月異，橡膠制品在性能不斷提高的同時也出現(xiàn)了噴霜加重等質(zhì)量問題。對于噴霜析出物組成，僅憑析出物外觀還不足以做出判斷，需要結(jié)合實驗室分析手段才能確定是哪種或哪幾種配合劑導(dǎo)致噴霜，從而找到適宜的處理措施。文獻[9]報道了檢測橡膠噴霜析出物的常規(guī)方法。近年來，氣相色譜/質(zhì)譜（GC/MS）廣泛用于復(fù)雜有機物組分的分離與鑒定，該方法兼具GC的高分辨率和MS的高靈敏度，是定性和定量分析有機物的有效工具。將MS應(yīng)用于橡膠分析領(lǐng)域，可以在分離的基礎(chǔ)上進一步定性推斷具體組分，極大地提升了橡膠材料的分析水平。

本工作采用GC/MS對幾種橡膠制品的噴霜析出物進行分析，有利于解決橡膠制品噴霜問題。

1 實驗

1.1 試樣

噴霜橡膠制品（試樣）由客戶提供。

1.2 主要儀器

Agilent 7890A/5975C 型GC/MS儀，美國安捷倫科技有限公司產(chǎn)品；HSC-12B型氮吹儀，天津市恒奧科技發(fā)展有限公司產(chǎn)品。

2 結(jié)果與討論

2.1 硫化膠片

硫化膠片表面出現(xiàn)白霜，該膠片噴霜析出物的GC/MS總離子流色譜見圖1。由保留時間14.426 min處的鄰苯二甲酰亞胺譜峰、保留時間17.850 min處的二環(huán)己基二硫化物譜峰，可以推斷析出物主要成分為防焦劑CTP；由其他譜峰推斷存在少量防老劑4010NA和微量硬脂酸酯類化合物，這些少量或微量配合劑析出是正常遷移，不屬于噴霜。

圖1 硫化膠片噴霜析出物的GC/MS總離子流色譜

2.2 汽車門窗膠條

汽車門窗膠條表面出現(xiàn)白霜，該膠條噴霜析出物的GC/MS總離子流色譜見圖2。結(jié)合客戶提供的近10種有噴霜可能的原材料，由保留時間28.961 min處的譜峰推斷存在大量促進劑EC，由保留時間9.368，18.071和33.121 min處的譜峰推斷存在促進劑BZ，由保留時間2.173 min處的譜峰推斷存在促進劑BZ和TMTD，由保留時間10.972 min處的譜峰推斷存在少量促進劑DPTT，由保留時間10.249，16.245，16.439和25.498 min處的譜峰推斷存在少量促進劑CZ和（或）M，這些少量配合劑析出可以認為是正常遷移。

圖2 汽車門窗膠條噴霜析出物的GC/MS總離子流色譜

2.3 橡膠配件

兩種不同形狀的橡膠配件表面出現(xiàn)白霜，客戶告知兩種橡膠配件配方相同，同時提供了3種有噴霜可能的原材料（促進劑EG-3、除霜劑和脫模劑）。兩種橡膠配件噴霜析出物的GC/MS總離子流色譜見圖3。從圖3可以看出，兩種橡膠配件噴霜析出物的GC/MS總離子流色譜基本一致。由保留時間21.280和26.116 min處的譜峰推斷存在大量硬脂酸，由保留時間4.158，8.328和29.721 min處的譜峰推斷存在少量二硫代氨基甲酸鋅類物質(zhì)。由于促進劑EG-3、除霜劑和脫模劑均含有硬脂酸類物質(zhì)，因此除膠料中添加的硬脂酸以外，這3種配合劑也應(yīng)該考慮為噴霜物質(zhì)。

圖3 橡膠配件噴霜析出物的GC/MS總離子流色譜

2.4 橡膠手套

粉色橡膠手套表面出現(xiàn)白色痕跡，影響美觀，用水沖洗后放置一段時間又會出現(xiàn)白色痕跡。橡膠手套噴霜析出物的GC/MS總離子流色譜見圖4。由保留時間33.562 min處的主譜峰和保留時間4.099，6.117和14.822 min處的小譜峰推斷存在氨基甲酸鹽類物質(zhì)，分析噴霜析出物為促進劑ZDC（二乙基二硫代氨基甲酸鋅）。

圖4 橡膠手套噴霜析出物的GC/MS總離子流色譜

2.5 白膠板

白膠板使用一段時間后表面泛黃，刮掉表面涂層，按原始配方用稀料配制油漆涂于表面，放置一段時間后仍出現(xiàn)黃色痕跡。白膠板噴霜析出物的GC/MS總離子流色譜見圖5。由保留時間32.333 min處的譜峰推斷存在紫外線吸收劑 UV-531（2-羥基-4-正辛氧基二苯甲酮）；由保留時間10.258和10.493 min處的譜峰推斷存在少量促進劑，由保留時間23～47 min處的其他譜峰推斷存在少量鏈烷烴，這些少量配合劑析出可以認為是正常遷移。

圖5 白膠板噴霜析出物的GC/MS總離子流色譜

2.6 輪胎

輪胎在庫房存放過程中表面出現(xiàn)暗紅色物質(zhì)，輪胎用水沖洗后放置一段時間又會出現(xiàn)該現(xiàn)象。輪胎噴霜析出物的GC/MS總離子流色譜見圖6。由保留時間21.698 min處的譜峰推斷存在防老劑4020，由保留時間22.618 min處的譜峰推斷存在防老劑4030。防老劑4020為灰黑色或紫褐色固體，防老劑4030為暗紅色液體，與噴霜析出物顏色一致。

圖6 輪胎噴霜析出物的GC/MS總離子流色譜

2.7 輪胎脫層部件

某輪胎部件出現(xiàn)脫層。通過分析發(fā)現(xiàn)，脫層部件之間有白色噴霜析出物，析出物的GC/MS總離子流色譜見圖7。由保留時間21.5～46.0 min處的譜峰推斷存在飽和直鏈和支鏈烷烴類化合物，這些化合物可能來源于防護蠟。

圖7 輪胎脫層部件噴霜析出物的GC/MS總離子流色譜

3 結(jié)語

在解決橡膠制品噴霜問題時，對噴霜析出物組分的分析至關(guān)重要。GC/MS檢測橡膠制品噴霜析出物的方法直觀、精確、省時、省力，在未知配方或不提供疑似噴霜原材料的情況下也可以推斷噴霜物質(zhì)。

GC/MS適用于分析有機物，當主要噴霜析出物為無機物時，除采用GC/MS外，還需結(jié)合紅外光譜、原子吸收光譜等方法共同鑒定，以更準確地推斷噴霜析出物的成分，從而為橡膠制品生產(chǎn)企業(yè)克服橡膠噴霜問題提供參考，有助于制備高性價比的橡膠制品。