橡膠粘合增進劑硼酰化鈷硼含量的測定及其對膠料性能的影響

2016-08-01 08:34:50董文武朱黎瀾謝上盛

橡膠科技 2016年9期

董文武，朱黎瀾，謝上盛

（雙錢集團上海輪胎研究所有限公司，上海 200245）

橡膠粘合增進劑硼酰化鈷用于子午線輪胎，能賦予膠料較好的耐熱、耐濕、耐蒸汽和耐鹽水性能。從硼酰化鈷分子結構（如圖1所示）可以看出，羧酸基/鈷的物質的量比為1，比環烷酸鈷或硬脂酸鈷的羧酸基/鈷的物質的量比大1倍，且硼/鈷的物質的量比為1/3，因此硼酰化鈷比環烷酸鈷或硬脂酸鈷具有更好的耐腐蝕性。另外，硼?；捲诹蚧瘻囟认陆怆x出來的硼酸基能有效吸收膠料中的酸或堿類腐蝕介質，進一步阻止鋼絲被腐蝕。故硼?；捠怯行У木徫g劑[1]。

圖1 硼酰化鈷的分子結構

硼?；挼拟捹|量分數為0.21～0.23，硼質量分數為0.011～0.013時，硼?；挼膎=9～10，分子結構最穩定，理化性能較佳，可賦予膠料最佳的粘合性能。硼?；挼呐鸷渴窃u估硼?；捹|量的重要指標，但是目前硼的定量分析尚缺乏有效快速的手段，普通的化學滴定法測定硼含量不僅耗時、耗力，而且準確度低。

電感耦合等離子體發射光譜（ICP-OES）法是利用氬等離子體產生的高溫使樣品完全分解而形成激發態的原子和離子，通過檢測激發態的原子和離子的外層電子向低能級躍遷發射出的特征譜線的強度，測定出樣品中待測元素的含量。ICP-OES法具有靈敏度高、檢測范圍寬、多元素測定等優點[2-3]。

本工作建立采用ICP-OES法測定橡膠粘合增進劑硼?；捙鸷康姆椒ǎ⒖疾炫瘐；捙鸷繉δz料性能的影響。

1 ICP-OES法測定硼酰化鈷的硼含量

1.1 樣品與儀器

1#，2#和3#硼酰化鈷（美國OMG公司提供），單元素硼標準溶液（濃度為1 000 mg·L-1），硝酸（質量分數為0.65，分析純），德國斯派克ICP-OES儀，梅特勒分析天平。

1.2 試樣制備

分別稱取0.2 g（精確至0.000 1 g）經過粗磨的硼?；挊悠分糜跓?，加入7 mL硝酸，小火加熱（加蓋）至完全溶解，冷卻，用蒸餾水稀釋，移至50 mL容量瓶內，定容至刻度線搖勻待用。

根據單元素硼標準溶液配制出濃度分別為0，1，40，120和200 mg·L-1的硼離子標準溶液。

1.3 測試方法

先檢測硼離子標準溶液，其分析譜線最小相關因數達到0.996時，可以進行樣品測試。

1.4 測試條件優化

（1）分析譜線

通常根據待測元素含量以及樣品中干擾元素選擇發射凈強度大、信背比高、共存元素譜線干擾少的譜線作為待測元素的分析譜線。本工作考察了硼的多條靈敏線，綜合比較后選擇波長為249.773及249.677 nm的譜線作為最佳分析譜線。

（2）基體干擾

硼?；捴信鹪睾推渌s質金屬元素的含量很低，相互之間的干擾也很小，因此可以不考慮基體干擾。

（3）發射功率

采用濃度為l mg·L-1的硼離子標準溶液分別考察發射功率900，1 000，1 100，1 200，1 300和1 400 W對硼譜線強度的影響。結果表明，硼譜線強度隨發射功率增大而增強，發射功率達到1 300 W時譜線強度趨于穩定。綜合考慮檢出限和發射功率增大對矩管使用壽命的影響，選擇發射功率為1 300 W。

（4）霧化氣流量

霧化氣流量是影響信號強度的重要因素之一。隨著霧化氣流量增大，樣品提升量增大，譜線強度增大，但通常較低的霧化氣流量使等離子更穩定。采用濃度為l mg·L-1的硼離子標準溶液分別考察霧化氣流量為0.80，0.90，1.00，1.10和1.20 L·min-1時對硼譜線強度的影響。綜合考慮，選擇霧化氣流量為1.00 L·min-1。

（5）工作曲線與檢出限

在優化測試條件下分別檢測濃度為0，40，120和200 mg·L-1的硼離子標準溶液，工作曲線線性回歸方程和相關因數如表1所示。

表1 硼離子標準溶液工作曲線線性回歸方程及相關因數

（6）精度及加標回收率

采用ICP-OES法對3種硼?；挊悠愤M行加標回收試驗，結果如表2所示。從表2可以看出，樣品中硼的回收率為98%～104%，測試的硼濃度相對標準偏差滿足分析測定的要求。

表2 硼濃度測定及加標回收率

1.5 測試結果

硼酰化鈷的硼質量分數測試結果分別為：0.011 8（1#硼?；挘?，0.016 5（2#硼?；挘?，0.021 2（3#硼酰化鈷）。

為了考察硼?；挼呐鸷繉δz料性能的影響，進行硼?；拺迷囼?。

2 硼酰化鈷應用試驗

2.1 主要原材料

天然橡膠（NR），牌號STR20，泰國產品；炭黑N375，上海卡博特炭黑有限公司產品；1#～3#硼?；挘ɡ砘阅苋绫?所示），美國OMG公司提供，3種硼?；挸伺鸷坎町愝^大外，其余理化性能基本接近。

表3 3種硼?；挼睦砘阅?/p>

2.2 配方

基本配方：NR 100，炭黑N375 50，氧化鋅9，硼?；?1.5，防老劑4020 2.5，防焦劑CTP 0.2，不溶性硫黃 6，促進劑DZ 3，其他 1。

配方A采用1#硼酰化鈷，配方B采用2#硼?；?，配方C采用3#硼?；?，配方D為空白配方（不加硼?；挘?。

2.3 主要設備與儀器

BB430型密煉機，日本Kobe Steel公司產品；MDR2000型無轉子硫化儀和MV2000型門尼粘度儀，美國阿爾法科技有限公司產品；QLB-D型平板硫化機，湖州橡膠機械廠產品；LX-A型硬度計，上?；C械四廠產品；H10 KS型電子拉力機，英國Hounsfield公司產品；101A-1型老化試驗箱，上海實驗儀器廠有限公司產品。