Способ оценки усиливающих свойств сажи в резинах Советский патент 1992 года по МПК C09C1/48 G01N25/02 

Изобретение относится к методам анализа и может быть использовано при разработке технологии получения новых марок технического углерода (сажи) для производства резин.

Известен способ определения усиливающей активности саж в резине по содержанию углерод-каучукового геля.

Недостатком способа является его значительная трудоемкость

Известен также способ оценки усиливающих свойств сажи по определению ее дисперсности или удельной поверхности.

Наиболее близким к изобретению является способ оценки усиливающих свойств сажи в резинах, включающий заполнение поверхности сажи модельным углеводородом, определение показателя адсорбции углеводорода на саже и оценку с помощью этого показателя усиливающих свойств сажи. Теплоту адсорбции определяют в калориметре или волюметрически,

Недостатком способа является использование сложной аппаратуры, длительность подготовки образца и процесса измерения (5-6 ч).

Целью изобретения является сокращение длительности а налим.

Указанная цель достигается тем, что образцы сажи заполняют полиэтиленгликолями разной мол.м. М, находящейся в пределах 100-1000 у.е.м , расчитывают удельную адсорбцию Г для каждого поли- этиленгликоля и по графической зависимости

Ј

Ig Г f (Ig M)

0)

определяют коэффициенты К и а по значению отрезка, отсекаемого на оси fg Г при М

0, и тангенс угла наклона прямой соответственно, после чего расчитывают энергию адсорбции Д F по формуле

A F RT (In Кг - In К) + (аг - a) in М, (2)

где R - газовая постоянная;

Т - температура адсорбции;

Кг, К, аг, а - коэффициенты уравнения зависимости удельной адсорбции от молекулярной массы полиэтиленгликолей на гра- фитир ованной и испытуемом образцах

s,. . м- м - ,

сажи. ;л

Процесс адсорбции осуществляют в обычных условиях при температуре 293-303 К из водных растворов полиэтиленгликолей Концентрацию растворов до и после адсорбции определяют на интерферометре или любым другим способом (хроматографиче- ским, потенциометрическим с ионселектив- ными электродами, титрометрическим).

Для определения К и а достаточно проведение опытов с 3-4 значениями М поли- этиленгликоля в указанном диапазоне (100-1000 у.е м.). Ограничение мол м полиэтиленгликолей обусловлено тем, что адсорбция макромолекул с М 1000 на поверхности высокодисперсных и пористых твердых материалов, в том числе сажи, осложняется стерическими эффектами и график ее зависимости от М сильно отклоняется от линейности, что недопустимо для расчета коэффициентов К и а. Ниж- ний предел М 100 обусловлен наименьшим значением М для класса полиэтиленгликолей, сохраняющих гибкость цепей макромолекулы в водной среде. Время анализа по данному способу составляет 2-3 ч

Анализ не требует сложной аппаратуры и технических средств, может выполняться в любых лабораторных условиях, недокси- чен, Точность анализа составляет .

П р и м е р 1. Навеску сажи (та) суспензируют в водном растворе полиэтиленгли- коля массой (гпр) 7,5 г, концентрацией 10 мг/f, используя пблиэтиленгликоли мол.м. 400, 600 и 1000 у.е м. Суспензии филируют и измеряют концентрации растворов полиэтиленгликолей после адсорбции (Ср) интер- ферометрически по калибровочному графику. Рассчитывают величину удельной адсорбции Г (мг/м2) для каждого адсорбата по формуле

г . ГПр (Со - Ср) ПТа Зуд

где Зуд-удельная поверхность сажи.

В табл.1 показаны экспериментальные данные для образца сажи N 234 исходного и графитированного. Из графической зависимости (1) находят значения отрезка, отсекаемого на оси Ig Г при М 0 (Ig К), и тангенс угла наклона прямой а, по которым рассчитывают разницув удельных энергиях повер- хности A F Для сажи относительно графитированного ее состояния.

В табл 2 показаны коэффициенты корреляции энергетических характеристик саж с когезионной прочностью (максимальной и разрывной) резиновых смесей, которая зависит от взаимодействия каучука с наполнителем.

Энергетические параметры поверхности, определенные по данному способу, коррелируют с усиливающими свойствами резин не хуже, чем показатели, определенные по известному способу. Чем выше коэф- фициент корреляции, тем четче взаимосвязь между сравниваемыми показателями. Высокие значения коэффициентов, корреляции свидетельствуют о надежной

информативности способа.

Значения коэффициентов корреляции, показанные в табл.2, вычислены по стандартной методике 3 В М из многочисленных экспериментальных данных показателей резин

и энергии адсорбции саж, входящих в состав этих резин.

В табл.3 показаны значения напряжения при 300%-ном удлинении (Мзоо) вулка- низатов, применяемых для изготовления

легковых шин, в сравнении с энергетическими характеристиками, оцененными по пред- лагаемому и известному способам. Известно, что при равной концентрации наполнителя этот показатель отражает число

поперечных связей между полимером и наполнителем, т.е. егоо усиливающие свойства.

Сажа № 234 графитированная имеет наименьшие усиливающие свойства, что видно по малым значениям модул вулканизата и энергетическим ее параметрам. Представленные в табл.3 данные подтверждают информативность предлагаемого способа оценки усиливающих свойств сажи в резинах.v

Один анализ определения энергии адсорбции полиэтиленгликолей на саже, включая испытуемый и графитированный образец Сажи, составляет 2 ч. При проведении испытаний нескольких образцов саж анализ графитированной сажи не повторяют, поэтому общее время анализа сокращается в два раза.

Формула изобретения Способ оценки усиливающих свойств сажи в резинах, включающий заполнение поверхности сажи модельным углеводородом, определение показателя адсорбции углеводорода на саже и оценку с помощью этого показателя указанных свойств сажи, отличающийся тем, что, с целью сокращения длительности анализа, образцы сажи заполняют полиэтиленгликолями разной мол.м. М, находящейся в пределах 100-1000 у.е.м., рассчитывают удельную адсорбцию Г для каждого полиэтиленгликоля и по графической зависимости д Г f Ig (M) определяют коэффициенты К и а по значе

нию отрезка, отсекаемого на оси Ig Г при М- 0. и тангенса угла наклона прямой соответственно, после чего рассчитывают энергию адсорбции A F по формуле

A F RT(lnKr-lnK) + (ar-a)lnM,

где R - газовая постоянная;

Т - температура адсорбции. 293-303 К,

Кг и аг - коэффициенты уравнения зависимости удельной адсорбции от молекулярной массы тех же полиэтиленгликолей на графитированной саже.

Сущность изобретения; образцы сажи заполняют полиэтиленгликолями разной мол.м М, строят графическую зависимость Ig Г f (Ig М), где Г - удельная адсорбция полиэтиленгликоля и рассчитывают энер гию адсорбции A F по формуле A F RT (InКг - InK) + (аг - a) In М, где R - газовая постоянная, Т - температура адсорбции 293-303 К, Кг, аг К. а - коэффициенты уравнения зависимости Ig Г f Ig М полиэтилен- гликолей для графитированной и испытуемой сажи. Время анализа 2 ч. 3 табл

Таблица 1

Таблица 2

.Таблица 3