橡胶中硫磺的存在形式及分析测试

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橡胶中硫磺的存在形式及分析测试

2024-07-10 18:01| 来源: 网络整理| 查看: 265

橡胶工业中常用的硫磺有硫磺粉、不溶性硫磺、胶体硫磺。硫磺粉是矿物硫磺块经粉碎、筛分得到的,在橡胶工业中广泛使用。不溶性硫磺是普通硫磺热聚合的产物,也称为聚合硫。其最大的优点是添加不溶性硫磺的橡胶不易喷霜。胶体硫是将硫磺粉末与分散剂一起研磨而成的糊状物,主要用于乳胶制品。

硫磺是橡胶中应用最广泛的硫化剂(交联剂),它能使橡胶聚合物分子链发生交联,形成连续的三维网络。随着结构的变化,橡胶的性能也发生了变化,不再受热流动,不再溶于有机溶剂,强度和硬度增加,撕裂强度、抗疲劳和耐磨性能以及耐老化性能和化学稳定性均有改善。

1.橡胶中硫含量的测定

硫的定量测定对于分析和解析橡胶配方是非常必要的。

硫磺的用量和形成的交联键类型决定了硫化橡胶的物理性能。通过测定硫化橡胶中硫的含量,不仅可以确定有效的硫(结合硫)的含量,还可以知道所用的硫化体系是:普通硫磺硫化体系、有效硫化体系、半有效硫化体系、过氧化物硫化体系、过氧化物硫磺复合硫化体系中的哪一种。

交联(硫化)时,硫化胶中的硫与橡胶中的不饱和键发生反应,形成各种类型的交联键。但是,也有部分硫以未反应的形式存在,称其为游离硫。总硫是最常用的一种表示方式,它是橡胶中的总硫含量,包括添加的硫磺和原材料中的的硫,包括游离硫和结合硫。

硫的测定有几种方法。它们的原理都是硫原子氧化成二氧化硫或硫酸盐。

2.总硫和结合硫

总硫是橡胶中所有的硫。结合硫指通过硫化过程已与橡胶或其他有机组分发生化学结合,不能用溶剂萃取的硫。总硫含量测定采用未经抽提的样品。结合硫测定采用经过抽提的样品。

元素分析仪。元素分析仪不仅可以测定硫,还可以测定氮、碳、氢和氧的含量。样品在高于1200°C的氧气环境中燃烧,燃烧生成的气体被导入检测器。最常用的检测器是热导检测器或红外吸收检测器。检测限取决于样品类型和检测器类型。

在实验室中,最常用的方法是氧瓶燃烧法。氧瓶燃烧法可以测定橡胶中除硫酸钡以外的硫含量。首先将样品装入不含硫化物的无灰纸中,并在氧气气氛下在特制烧瓶中燃烧。燃烧产物用过氧化氢稀释液吸收。生成的二氧化硫被吸收,同时被氧化形成硫酸盐。硫酸盐可通过重量分析、可溶性钡盐沉淀或容量法进行测定,也可以使用自动滴定仪进行滴定。

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熔融法适用于当橡胶中存在可溶于酸的钡盐、硫化锑或无机铅化合物时,测定样品中总硫、结合硫含量。

3.游离硫

游离硫是橡胶中未与聚合物分子结合,可进一步硫化的硫和能被亚硫酸钠抽提出来的硫。

对于硫化橡胶中游离硫的测定,常规方法为亚硫酸盐法。用亚硫酸钠溶液加热橡胶样品,游离硫与亚硫酸盐反应,形成硫代硫酸盐,通过碘量滴定法测定。用福尔马林除去未反应的过量亚硫酸盐。该方法在不含含硫促进剂的橡胶分析中取得了良好的结果。在存在含硫促进剂的情况下,结果很高;在某些情况下,该方法甚至无法准确确定滴定终点。

一种测定游离硫的方法,是在铜网存在下对橡胶进行丙酮抽出,是一种耗时长而又复杂的方法。而且丙酮抽出物中硫含量的测定方法适用于NR、SBR、BR、IR和CR的制品。对于IIR制品,抽提液要用丁酮代替丙酮。

后来,亚硫酸盐法有了一定的改进。在亚硫酸钠溶液中加入硬脂酸钠以更好地润湿橡胶,并加入一定量的石蜡以防止泡沫的形成。加热结束后,用硝酸锶和某些促进剂与醋酸镉沉淀硬脂酸。大多数情况下,结果比较准确,但在某些情况下,很难确定滴定终点。

一种测定橡胶硫化胶中游离元素硫的薄层色谱法。这是基于特定条件下硫斑面积的定量。

4.测定橡胶中硫含量的标准

GB/T 4497.1-2010 《橡胶 全硫含量的测定 第1部分:氧瓶燃烧法》

GB/T 4497.2-2013 《橡胶 全硫含量的测定 第2部分:过氧化钠熔融法》

GB/T 15252-2014 《混炼胶或硫化胶 硫化物型硫含量的测定 碘量法》

GB/T 15251-2008《橡胶 游离硫的测定》,适合各种硫化橡胶。

ISO 19242:2015 《橡胶 离子色谱法测定总硫含量》

ISO 20163:2019 《硫化橡胶 气相色谱法(GC)和高效液相色谱法(HPLC)测定游离硫》

ASTM D 297 《橡胶制品化学分析的标准试验方法》返回搜狐,查看更多

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