簡(jiǎn)介

橡膠和輪胎用于各種工業(yè)和不同的終端產(chǎn)品。橡膠是制造天然或合成輪胎的主要原材料。天然橡膠主要是碳?xì)浠衔?，是熱塑性的。為了消除異味等不良特性，橡膠用硫、促進(jìn)劑和抗氧化劑處理，這些物質(zhì)通過減少空氣中氧（或臭氧）引起的劣化而延長(zhǎng)橡膠產(chǎn)品的壽命。輪胎橡膠的另一個(gè)主要成分是炭黑，用于增加硬度、拉伸強(qiáng)度和耐磨性。嚴(yán)格的質(zhì)量控制從原材料供應(yīng)商開始。輪胎制造商要求原材料在交付工廠前進(jìn)行質(zhì)量檢驗(yàn)。

生產(chǎn)過程中使用的試驗(yàn)之一是測(cè)定橡膠的元素組成。硫含量是橡膠制品質(zhì)量控制中最重要的參數(shù)之一，是反映輪胎硫暈現(xiàn)象的主要指標(biāo)，是輪胎質(zhì)量損失的重要指標(biāo)。為了進(jìn)行質(zhì)量控制，需要測(cè)定橡膠中的有機(jī)元素。采用燃燒法測(cè)定碳、氫、氮、硫和氧。

賽默飛世爾 FlashSmart 元素分析儀（圖1）可以定量測(cè)定橡膠和輪胎中的碳、氫、氮、硫和氧。FlashSmart 元素分析儀基于樣品的動(dòng)態(tài)燃燒，在一次分析過程中提供自動(dòng)的對(duì)CHNS/O進(jìn)行測(cè)定，其中氧的測(cè)定是通過熱裂解的方式測(cè)定。

圖1：賽默飛世爾 FlashSmart 元素分析儀

本文提供了橡膠和輪胎中CHNS/O測(cè)定的數(shù)據(jù)，以顯示FlashSmart 元素分析儀的性能。

方法

對(duì)于CHNS測(cè)定，F(xiàn)lashSmart 元素分析儀使用動(dòng)態(tài)閃燒法燃燒儀器。樣品在錫容器中稱重，并通過賽默飛世爾 特有的MAS 自動(dòng)進(jìn)樣器將樣品和氧氣同時(shí)送達(dá)到反應(yīng)管中。燃燒后，產(chǎn)生的氣體通過氦氣流被帶到充滿銅的還原區(qū)中，然后通過高精度的GC氣相色譜柱進(jìn)行分離。用熱導(dǎo)檢測(cè)器（TCD）檢測(cè)燃燒氣體（圖2）。總運(yùn)行時(shí)間小于10分鐘。當(dāng)使用NCS配置時(shí)，在反應(yīng)器和GC柱之間安裝了一個(gè)吸水劑過濾器。

圖 2. CHNS/O 結(jié)構(gòu).

對(duì)于氧的測(cè)定，以熱裂解模式進(jìn)行測(cè)定。樣品在銀容器中稱重，并通過MAS 自動(dòng)進(jìn)樣器或通過AI 1310直接注射進(jìn)樣或AS1310液體進(jìn)樣器進(jìn)樣。反應(yīng)器在1060 C下含有鎳涂層碳進(jìn)行裂解。樣品中的氧與碳結(jié)合，形成一氧化碳，然后用GC氣相色譜柱色譜法進(jìn)行氣體分離，并由TCD檢測(cè)器檢測(cè)（圖2）。

FlashSmart 元素分析儀由EagerSmart數(shù)據(jù)處理軟件自動(dòng)生成一份完整的報(bào)告。

圖3和圖4顯示了典型的CHNS和O測(cè)定的色譜圖。

圖 3. 典型的 CHNS色譜圖.

Figure 4. 典型的O色譜圖

測(cè)定結(jié)果

選擇不同的橡膠和輪胎樣品。樣品分析沒有任何預(yù)處理，只是切成小塊進(jìn)行分析。對(duì)于CHNS、NCS和S的測(cè)定，加入助燃劑五氧化二釩可使硫完全轉(zhuǎn)化為SO2。樣品的稱重量一般為2-3mg。

對(duì)于CHNS分析，儀器以BBOT（6.51N%，72.53C%，6.09H%，7.44S%）為標(biāo)準(zhǔn)品，使用K-factor作為校準(zhǔn)方法進(jìn)行校準(zhǔn)。O分析以乙酰苯胺（11.84%）為標(biāo)準(zhǔn)，K-factor為校正方法進(jìn)行校準(zhǔn)。

表1顯示了不同橡膠和輪胎樣品的CHNS/O數(shù)據(jù)，而表2顯示了其他類型橡膠和輪胎材料的CHNS測(cè)定。所有數(shù)據(jù)均具有良好的重復(fù)性，改變樣品類型時(shí)沒有任何基質(zhì)殘留效應(yīng)。

表1 橡膠和輪胎樣品的CHNS/O測(cè)定。

樣品

N%

RSD%

C%

RSD%

H%

RSD%

S%

RSD%

O%

RSD%

橡膠 1

0.477
  0.481
  0.481

0.521

86.118
  85.735
  85.951

0.223

7.922
  7.916
  7.941

0.165

0.881
  0.899
  0.863

2.043

2.023
  1.999

0.823

橡膠 2

0.336
  0.321
  0.325

2.420

86.560
  86.233
  86.329

0.195

7.719
  7.674
  7.707

0.303

0.639
  0.634
  0.658

1.967

1.932
  1.904

1.010

橡膠 3

0.337
  0.324
  0.338

2.287

86.250
  86.210
  86.597

0.247

7.210
  7.271
  7.312

0.706

0.260
  0.254
  0.271

3.317

2.218
  2.245

0.862 

0.792 

73.961 

6.856 

3.151 

4.345 

輪胎 1

0.800

1.074

74.140

0.153

6.880

0.572

3.105

0.744

4.325

0.254 

0.783 

74.171 

6.933 

3.122 

4.327 

輪胎 2

0.529
  0.536

0.929

75.253
  75.370

0.110

7.187
  7.186

0.011

2.972
  2.937

0.838

3.752
  3.695
  3.609

1.953

輪胎 3

0.362
  0.370

1.546

87.505
  87.767

0.211

8.958
  8.973

0.112

0.823
  0.837

1.226

1.199
  1.178
  1.191

0.891

表2 橡膠和輪胎樣品的CHNS測(cè)定

樣品

N%

RSD%

C%

RSD%

H%

RSD%

S%

RSD% 

0.628 

82.447 

11.279 

0.797 

橡膠 4

0.636

0.666

82.272

0.208

11.300

0.1045

0.799

0.503 

0.633 

82.104 

11.298 

0.792 

0.625 

82.210 

11.263 

1.095 

橡膠 5

0.616

0.790

82.661

0.576

11.114

1.123

1.015

3.989 

0.623 

83.161 

11.366 

1.033 

0.626 

81.962 

11.218 

1.561 

橡膠 6

0.628

0.470

81.866

0.320

11.249

0.243

1.553

0.606 

0.622 

82.361 

11.272 

1.572 

輪胎 4

0.454

1.235

79.597

0.0701

6.945

0.0815

1.435

0.930

0.462

79.676

6.937

1.454

輪胎 5

0.436

1.475

82.672

0.0932

7.137

0.000

1.666

0.0848

0.427

82.781

7.137

1.668

表3顯示了使用NCS模式分析的橡膠樣品的再現(xiàn)性。

表3. NCS模式下橡膠的測(cè)定.

樣品

N%

RSD%

C%

RSD%

S%

RSD%

橡膠 7

0.277

0.737

85.802

0.247

0.927

0.751

0.280

85.503

0.936

橡膠 8

0.290

2.447

85.130

0.068

1.546

1.779

0.300

85.047

1.585

橡膠 9

0.293

2.477

84.881

0.108

1.969

1.268

0.293

84.751

1.934

橡膠 10

0.283

1.091

83.229

0.001

3.798

1.281

0.287

83.230

3.730

表4通過分析一個(gè)新輪胎和一個(gè)使用六個(gè)月的輪胎中硫的含量，顯示了從輪胎表面損失的硫值。這種效應(yīng)被稱為硫暈現(xiàn)象。

表4 硫暈現(xiàn)象測(cè)定結(jié)果。

樣品 

 S% (新輪胎)

 S% (使用六個(gè)月的舊輪胎)

輪胎 A

2.605

2.484   2.499   2.487

輪胎 B

5.894

5.415   5.302   5.250

表5顯示了橡膠樣品熱裂解方式測(cè)定氧含量。

表5 橡膠樣品的氧測(cè)定結(jié)果。

樣品

O%

RSD%

橡膠 A

2.176

0.186

2.181

2.174

2.171

2.181

橡膠 B

1.825

0.622

1.819

1.837

1.810

1.810

橡膠 C

2.122

0.303

2.115

2.117

2.130

2.114

結(jié)論

賽默飛世爾 FlashSmart 元素分析儀能夠從任何基質(zhì)中定量測(cè)定元素，改變樣品時(shí)無任何記憶效應(yīng)。輪胎和橡膠樣品的CHNS/O測(cè)定由FlashSmart 元素分析儀進(jìn)行，樣品無須任何預(yù)處理。FlashSmart 元素分析儀在自動(dòng)化和高樣品處理量方面滿足實(shí)驗(yàn)室要求。該分析儀是模塊化的，使實(shí)驗(yàn)室能夠在一次運(yùn)行中進(jìn)行CHNS測(cè)定，并在改變配置的情況下快速切換到氧模式進(jìn)行氧的測(cè)定。