3種胺類防老劑的檢測與分析

盧 佳，王 璨，董 棟

（北京彤程創展科技有限公司，北京 100176）

橡膠制品在長期儲存和使用過程中，由于受熱、氧、臭氧、變價金屬離子、應力、光、高能射線的作用以及酸堿的腐蝕和霉菌的侵蝕，逐漸發粘、變硬或龜裂，性能逐漸降低，以致功能完全喪失。因此，需要在橡膠制品中添加防老劑來提高其對老化的防護作用，從而延長橡膠制品的貯存時間和使用壽命。

隨著我國橡膠和輪胎工業的發展，防老劑的需求量快速增大。由于我國防老劑的國家標準指標較為簡單，一些防老劑生產企業不重視產品質量，甚至以次充好，使得市場上的防老劑質量難以控制，嚴重影響輪胎和橡膠制品的性能。

氣相色譜（GC）和高效液相色譜（HPLC）是常用的化學分析手段，根據色譜峰位置和峰面積可以定性和定量分析防老劑的組分。

本工作采用GC和HPLC檢測防老劑4020，3100和RD的有效成分，探索影響防老劑性能的關鍵指標，為輪胎和橡膠制品企業鑒別防老劑質量提供思路。

1 儀器與試劑

Agilent7890A型氣相色譜（GC）儀，美國安捷倫科技有限公司產品；Waters2695-2996型高效液相色譜（HPLC）儀，美國Waters公司產品；色譜純試劑和超純水，市售品；防老劑，輪胎企業提供。

2 性能測試

防老劑4020和3100的組分質量分數測試按照GB/T 20646—2006《橡膠配合劑 對苯二胺（PPD）防老劑試驗方法》進行；防老劑RD的組分質量分數測試按照GB/T 8826—2011《橡膠防老劑TMQ》進行。

3 結果與討論

3.1 防老劑4020

防老劑4020，化學名稱N-（1，3-二甲基丁基）-N′-苯基對苯二胺，對臭氧龜裂和屈撓疲勞老化的防護作用優良，對熱、氧和銅、錳等有害金屬也有較好的防護作用。防老劑4020是目前子午線輪胎的常用防老劑，其使用性能與防老劑4010NA相近，但毒性和對皮膚的刺激性比防老劑4010NA小，溶解性比防老劑4010NA好。目前防老劑4020的國家質檢標準主要指標為外觀、結晶點、純度、加熱減量和灰分質量分數，規定優等品質量分數不小于0.96，合格品質量分數不小于0.95。

防老劑4020的GC譜見圖1。從圖1可以看出，譜線上只有1個清晰的吸收峰，該吸收峰為N-（1，3-二甲基丁基）-N′-苯基對苯二胺的特征峰。

圖1 防老劑4020的GC譜

防老劑4020樣品的質量分數見表1。從表1可以看出，所有樣品的質量分數都超過國家標準優等品指標，大部分樣品的質量分數都達到0.99以上，產品質量穩定。

表1 防老劑4020樣品的質量分數

3.2 防老劑3100

防老劑3100，化學名稱N，N′-二甲苯基對苯二胺（混合物），是典型的后效型對苯二胺類防老劑，對臭氧老化防護作用好，可有效彌補防老劑4020和4010NA早期防護作用好而后期略差的缺點。在對苯二胺類防老劑中，防老劑3100對金屬老化的防護作用最好，發揮防護作用的時間也最長。

防老劑3100是烴基化二芳基對苯二胺的混合物，一般包含3種主要組分，分別為N，N′-二苯基對苯二胺（防老劑H）、N-苯基-N′-甲苯基對苯二胺和N，N′-二甲苯基對苯二胺。這3種對苯二胺組分的質量分數對防老劑3100的性能有很大影響。此外，對苯二胺防老劑3100中殘留合成催化劑中的鐵。但目前防老劑3100的國家標準主要指標為外觀、結晶點、純度、加熱減量和灰分質量分數，對3種對苯二胺組分質量分數和鐵質量分數都沒有具體規定。

防老劑3100的GC譜見圖2。從圖2可以看出，譜線上有3個組分清晰的吸收峰。

圖2 防老劑3100的GC譜

防老劑3100樣品的各組分質量分數見表2。從表2可以看出，不同樣品的3種對苯二胺組分質量分數和鐵質量分數差異較大，這是不同生產工藝造成的。鐵作為變價金屬對橡膠的耐老化性能有負面影響，因此鐵質量分數也應該作為防老劑3100的檢測指標。可見鑒別防老劑3100，除檢測國家標準中常規指標以外，還應重點考察3種對苯二胺組分質量分數和鐵質量分數。

表2 防老劑3100樣品的各組分質量分數

3.3 防老劑RD

防老劑RD是一種酮胺類防老劑，化學名稱為2，2，4-三甲基-1，2-二氫化喹啉聚合體，對熱氧老化的防護作用非常有效，對金屬的催化氧化也有極強的抑制作用，毒性小。

防老劑RD的單體對橡膠的屈撓龜裂防護作用好，但揮發性太大，對橡膠老化后防護效果大大降低。防老劑RD的二、三、四聚體質量分數對其防護性能至關重要，特別是二聚體對橡膠屈撓龜裂具有卓越的防護作用，同時對熱氧老化也具有良好的防護作用。一般認為，防老劑RD的二聚體質量分數至少應大于25%，盡可能不小于35%，最好大于50%，不含二聚體的防老劑RD對橡膠的屈撓龜裂幾乎沒有防護作用。防老劑RD的三和四聚體相對分子質量較大，對熱氧老化的防護作用與單體相當或更好。按相對分子質量，防老劑RD組分噴霜從重到輕的順序為單體、二聚體、三聚體、四聚體。

防老劑RD的國家標準主要指標為外觀、軟化點、加熱減量、灰分質量分數和乙醇不溶物質量分數，異丙基二苯胺質量分數和二、三、四聚體質量分數是根據用戶需求可選擇檢測的指標。

防老劑RD的HPLC譜見圖3。從圖3可以看出，譜線上有二、三和四聚體清晰的吸收峰，還有異丙基二苯胺弱吸收峰。

圖3 防老劑RD的HPLC譜

防老劑RD樣品的各組分質量分數見表3。從表3可以看出，不同樣品的二、三、四聚體總質量分數差異較大，部分樣品的二、三、四聚體總質量分數未達到國家標準指標（不小于0.40），其中17#和18#樣品完全不含單體和二、三、四聚體，經檢驗確認其為C9石油樹脂，并不是防老劑RD，是仿冒產品。因此防老劑RD不能僅以軟化點等常規指標來鑒別。

從表3還可以看出，二聚體質量分數不小于0.25的樣品不足一半。二聚體是防老劑RD防護作用最好的組分，而目前國家標準還未單獨將防老劑RD的二聚體質量分數納入檢測指標。

表3 防老劑RD樣品的各組分質量分數

可見鑒別防老劑RD，除檢測國家標準中常規指標以外，還應重點考察二聚體質量分數和二、三、四聚體總質量分數。

4 結論

防老劑4020，3100和RD都是輪胎和橡膠制品的重要防護劑，但國內市場產品質量良莠不齊，嚴重影響下游產品的性能。建議下游企業在鑒別防老劑時，除了檢測國家標準中常規指標外，還應再用GC和HPLC技術對產品有效成分進行檢測。相關部門也應該及時制定或修改防老劑的質檢標準，對防老劑的生產企業提出更嚴格、更規范的技術要求。