淺談橡膠原材料分析檢驗(yàn)方法

張維

（天津市化學(xué)工業(yè)學(xué)校，天津，300131）

1.前言

橡膠制品廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)，橡膠制品的質(zhì)量至關(guān)重要，產(chǎn)品質(zhì)量的控制離不開化學(xué)檢驗(yàn)。橡膠制品一般是在橡膠膠料中，摻加各種配合劑，采用纖維織物或金屬材料做骨架，成型成各種膠坯，最后硫化制成橡膠制品。其橡膠膠料除含有主要成分橡膠外，一般還含有補(bǔ)強(qiáng)劑填充劑（炭黑、輕質(zhì)碳酸鈣）、交聯(lián)劑（硫黃）、促進(jìn)劑、活性劑、軟化劑及防老劑等多種成分。因此橡膠制品的性能受各種原材料自身性質(zhì)的影響，原材料質(zhì)量的好壞，直接影響橡膠制品性能，把好原材料質(zhì)量至關(guān)重要。

橡膠原材料的分析檢驗(yàn)范圍與配方成分本身的結(jié)構(gòu)也有關(guān)。所以其分析檢驗(yàn)的項(xiàng)目非常之多，其中有并用聚合物分散形態(tài)和炭黑在橡膠中分散形態(tài)的分析，有交聯(lián)密度和交聯(lián)結(jié)構(gòu)的分析，有各種纖維和金屬簾線高次結(jié)構(gòu)或組分的分析，還 有骨架材料與膠料之間粘合界面的分析等。在進(jìn)行上述分析時(shí)，不僅要將現(xiàn)在使用的分析檢驗(yàn)方法適當(dāng)?shù)亟M合，更重要的是要依據(jù)分析數(shù)據(jù)去理解問題的本質(zhì)。隨著原材料和配方的不斷改進(jìn)，分析檢驗(yàn)項(xiàng)目越來越細(xì)。另一方面，由于電子技術(shù)的飛速發(fā)展，近年來分析儀器進(jìn)步很快，基本上適應(yīng)了分析檢驗(yàn)的需要。

本文把這些分析檢驗(yàn)方法進(jìn)行分類，大致可分為化學(xué)分析法和儀器分析法。包括對橡膠制品中主要原材料的分析和配方中促進(jìn)劑、活化劑、防老劑等的分析檢測。盡管原材料有所不同，配方不同，但分析檢驗(yàn)方法是一樣?？梢酝ㄟ^分析檢驗(yàn)手段，結(jié)合實(shí)際狀況，去解決橡膠制品出現(xiàn)的實(shí)際問題。

2.化學(xué)分析法

化學(xué)分析法是以物質(zhì)的化學(xué)反應(yīng)為基礎(chǔ)的分析方法。化學(xué)分析法有滴定分析法和重量分析法兩種。滴定分析法是通過滴定操作，根據(jù)所需滴定劑的體積和濃度，以確定試樣中待測組分含量的一種化學(xué)分析法。根據(jù)所利用的化學(xué)反應(yīng)的不同，分為酸堿滴定法、沉淀滴定法、配位滴定法和氧化還原滴定法。重量分析法是通過稱量操作測定試樣中待測組分的質(zhì)量，以確定其含量的一種分析方法。化學(xué)分析的特點(diǎn)是儀器設(shè)備簡單、操作簡便，但是靈敏度低，常適用于常量組分分析。

2.1 酸堿滴定法

酸堿滴定法是以酸、堿之間質(zhì)子傳遞反應(yīng)為基礎(chǔ)的一種滴定分析法?？捎糜跍y定酸、堿和兩性物質(zhì)。其基本反應(yīng)為。在橡膠原材料分析中應(yīng)用非常廣泛。主要應(yīng)用情況見表-1。

表-1 酸堿滴定法在橡膠分析中的應(yīng)用

2.2 配位滴定法

配位滴定法是以配位反應(yīng)為基礎(chǔ)的滴定分析方法。配位反應(yīng)的實(shí)質(zhì)為：

最常用的配位劑是EDTA。常常利用EDTA進(jìn)行滴定分析，測定橡膠中原材料的純度。主要應(yīng)用見表-2。

表-2 酸堿滴定法在橡膠分析中的應(yīng)用

2.3 氧化還原滴定法

氧化還原滴定法是以氧化還原反應(yīng)為基礎(chǔ)的滴定分析方法。根據(jù)所選標(biāo)準(zhǔn)溶液的不同，將氧化還原滴定法分為以下幾種：

高錳酸鉀法是以高錳酸鉀作為滴定劑，一般在強(qiáng)酸性（硫酸）介質(zhì)中進(jìn)行滴定，以自身作為指示劑，滴定至溶液呈粉紅色30s 內(nèi)不褪色為終點(diǎn)。

重鉻酸鉀法是以重鉻酸鉀作為滴定劑，在酸性介質(zhì)中（鹽酸或硫酸），以二苯胺磺酸鈉作為指示劑，滴定至溶液呈紅紫色為終點(diǎn)。

碘量法是利用I2的氧化性和I－的還原性來進(jìn)行滴定的方法，其基本反應(yīng)是：

碘量法既可測定氧化劑，又可測定還原劑。I2/I－電對反應(yīng)的可逆性好，副反應(yīng)少，又有很靈敏的淀粉指示劑指示終點(diǎn)。在橡膠工業(yè)分析中，應(yīng)用最多的是碘量法。

現(xiàn)將氧化還原滴定在橡膠分析中的應(yīng)用列于表-3。

表-3 氧化還原滴定法在橡膠分析中的應(yīng)用

類別 分析檢測項(xiàng)目 所用標(biāo)準(zhǔn)溶液 指示劑 方法 碘值的測定 Na2S2O3、I2 淀粉 軟化劑 游離硫的測定 Na2S2O3、I2 淀粉 碘量法 碘值的測定 Na2S2O3、I2 淀粉 硅烷乙氧基含量的測定 Na2S2O3、I2 淀粉 溶劑類 硅氫鍵硅油硅氫鍵含量的測定 Na2S2O3、I2 淀粉 碘量法 著色劑 鉛鉻黃純度的測定 Na2S2O3、I2 淀粉 碘量法 碘值的測定 Na2S2O3、I2 淀粉 其他配合劑 多聚甲醛純度的測定 Na2S2O3、I2 淀粉 碘量法 MnO2 純度的測定 KMnO4 KMnO4 Fe2O3 純度的測定 KMnO4 KMnO4 TiO2 純度的測定 KMnO4 KMnO4 高錳酸鉀法

2.4 沉淀滴定法

沉淀滴定法是利用沉淀反應(yīng)為基礎(chǔ)的一種滴定分析方法。最常用的沉淀滴定法是銀量法。根據(jù)確定終點(diǎn)所采用的指示劑不同，銀量法分為：莫爾法、佛爾哈德法和法揚(yáng)司法。通常利用莫爾法測定水中氯化物的含量，利用佛爾哈德法測定環(huán)氧樹脂無機(jī)氯值的測定。

2.5 重量分析法

重量分析法是用適當(dāng)?shù)姆椒ㄏ葘⒃嚇又写郎y組分與其它組分分離，然后用稱量的方法測定該組分的含量。根據(jù)分離方法的不同，重量分析法常分為三類，沉淀法、氣化法（又稱揮發(fā)法）、電解法。常用重量分析法測定硫量的純度，填充物碳酸鈣鹽酸不溶物的含量等。

3、儀器分析法

儀器分析法是以物質(zhì)的物理或者物理化學(xué)性質(zhì)為基礎(chǔ)的分析方法，此類分析由于需要使用特殊的儀器設(shè)備，所以稱為儀器分析法。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，分析檢驗(yàn)工作在檢驗(yàn)方法和實(shí)驗(yàn)技術(shù)上都發(fā)生著日新月異的變化，特別是儀器分析法吸收了當(dāng)代科學(xué)技術(shù)最新成就，不僅強(qiáng)化和改善了原有儀器的性能，而且推出了很多新的分析測試儀器，為科學(xué)研究和生產(chǎn)實(shí)際提供更多、更新和更全面的信息，成為現(xiàn)代實(shí)驗(yàn)化學(xué)的重要部分。因此，常用儀器分析方法的一些基本原理和實(shí)驗(yàn)技術(shù)是每位分析人員必須要掌握的基礎(chǔ)知識(shí)和基本技能。因?yàn)橐坏┱莆樟诉@些知識(shí)和技能，將會(huì)迅速而精確地獲得物質(zhì)系統(tǒng)的各種信息，并能充分利用這些信息做出科學(xué)的結(jié)論。儀器分析方法具有快速、靈敏、自動(dòng)化程度高和分析結(jié)果信息量大等優(yōu)點(diǎn)，適用于微量組分分析。

3.1 紫外可見分光光度法

紫外可見分光光度法是根據(jù)物質(zhì)對不同波長的單色光的吸收程度不同而對物質(zhì)進(jìn)行定性和定量分析的方法?？梢姺止夤舛确☉?yīng)用的波長范圍是400nm～780nm，紫外分光光度法應(yīng)用的波長范圍是200 nm～400nm。橡膠分析中常用此方法測定微量的銅、錳和鐵含量，例如氧化鋅中錳和氧化銅含量、硫化劑硫磺中鐵含量等。

3.2 電位分析法

電化學(xué)分析法是利用物質(zhì)的電學(xué)及電化學(xué)性質(zhì)進(jìn)行分析的一類分析方法，是儀器分析的一個(gè)重要分支。電位分析法是電化學(xué)分析法的一個(gè)重要組成部分。電位分析法是將指示電極和參比電極插入待測溶液中組成一個(gè)化學(xué)電池，在零電流的條件下，通過測定電池電動(dòng)勢，進(jìn)而求得溶液中待測組分含量的方法。電位分析法包括直接電位法和電位滴定法。

在橡膠原材料分析中，通常利用直接電位法測定硫磺、炭黑、陶土的pH 值，某些橡膠水溶液的pH 值，一些增塑劑水溶液pH 值。其中硫磺、炭黑、陶土的pH 值是例行的分析項(xiàng)目。炭黑的pH 值的大小可促進(jìn)或延緩橡膠的硫化速度，pH值高，將加快膠料的硫化速度；pH 值低，將會(huì)延緩橡膠的硫化速度。一般來說，槽法炭黑pH 值呈弱酸性，能延緩膠料的硫化；爐法炭黑pH 值呈堿性，將促進(jìn)膠料的硫化。提高硫化膠的硫化速度，對提高經(jīng)濟(jì)效益是非常重要的。

3.3 色譜法

色譜法是一種分離技術(shù)，是混合物最有效的分離分析方法。按流動(dòng)相與固定相的物理狀態(tài)分為氣相色譜法和液相色譜法。氣相色譜法是以氣體作為流動(dòng)相的色譜法，能解決那些物理常數(shù)相近、化學(xué)性質(zhì)相似的同系物、異構(gòu)體等復(fù)雜組分混合物的分離和檢測。液相色譜法是以液體作為流動(dòng)相的色譜法，適用于大量高沸點(diǎn)化合物、非揮發(fā)性物質(zhì)及熱不穩(wěn)定性物質(zhì)等的分離分析。常用氣、液相色譜法測定橡膠中的防老劑、促進(jìn)劑純度等，是一種既簡便快捷又準(zhǔn)確的分析方法。

色譜法中的薄層色譜法，簡稱TLC，是將適宜的固定相涂布于玻璃板、塑料或鋁基片上，成一均勻薄層。點(diǎn)樣后，試樣中的各組分在固定相和作為展開劑的流動(dòng)相之間不斷地發(fā)生溶解、吸附、再溶解、再吸附的分配過程。不同物質(zhì)上升的距離不一樣而形成相互分開的斑點(diǎn)從而達(dá)到分離。與適宜的對照物按同法所得的色譜圖作對比，用以進(jìn)行助劑的鑒別、雜質(zhì)檢查或含量測定。在橡膠原材料的分析檢驗(yàn)中應(yīng)用較多。利用薄層色譜法可以測定橡膠中的防老劑、促進(jìn)劑及軟化劑純度等。

3.4 原子吸收光譜法

原子吸收光譜法是根據(jù)基態(tài)原子對特征波長光的吸收，測定試樣中待測元素含量的分析。原于吸收光譜法被廣泛應(yīng)用于各領(lǐng)域中，它可以直接測定70 多種金屬元素，也可以用間接方法測定一些非金屬元素和有機(jī)化合物。在橡膠分析中，常測定微量鐵、銅、錳、鉬、鋅、鈷、鉛、鎘等含量。