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

      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。橡膠的組分分析對于橡膠生產商和購買方以及進行橡膠研發(fā)都是至關重要。對橡膠組分的分析主要是幫助我們進行原材料和硫化產品的質量控制，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性能、加工性能以及物理性能。然而測定橡膠中油的含量是比較困難，因為油的氣化和聚合物的分解經常重疊，所以要想準確測定油的含量需要確保油在低溫下?lián)]發(fā)的實驗條件。橡膠中油的揮發(fā)包含了一個相轉變過程和一個時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)時間。聚合物的分解溫度幾乎不受樣品質量、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更準確的油含量測試結果。下面我們以NR/SBR橡膠共混物的例子給大家進行介紹。

       圖1顯示了常壓下加熱速率為2、10和30K/min的樣品測試曲線。質量損失主要有三個臺階。臺階1對應揮發(fā)性組分的失重，例如水分和油。當2K/min加熱 (低速率)時，這個臺階可以被分成兩個不同的質量損失區(qū)域，分別為170°C以前的失水，然后是300°C以前的油揮發(fā)。臺階2和臺階3對應于NR和SBR的分解。殘余物為無機添加劑和碳黑。使用DTG曲線對TGA曲線進行計算，結果總結在表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，常壓氮氣。

      從測試曲線中可以看出，包含質量損失的這些效應在更低的加熱速率下向低溫方向偏移。這樣的結果可以很好地分離每一個過程。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確測定。分解臺階(2和3)的總質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。

              壓力對油含量測定的影響

       通過10mbar和1000mbar氮氣條件下的樣品測試來進行壓力影響的研究，加熱速率為10K/min。圖2中顯示了TGA和DTG曲線，結果總結在表3中。標記(M)的溫度為臺階的中點，另一個溫度是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階在真空條件下可以分離得更好，這主要是因為分解的氣體產物在真空條件下可以更快地擴散出樣品。

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

           圖2 NR/SBR共混物的TGA曲線和DTG曲線，測試條件分別為10mbar和1000mbar，氮氣，10K/min

              表3. NR/SBR共混物的失重結果，測試條件分別為10mbar和1000mbar，氮氣，10K/min