Назначение, типы и применение каучуков
ГОСТ 19920.2-74 распространяется на бутадиеновые стереорегулярные синтетические каучуки и устанавливает метод определения их микроструктуры.
Сущность метода заключается в определении содержания компонентов микроструктуры полимерных цепей каучука с помощью инфракрасной спектроскопии.
Сущность метода
Микроструктуру каучука оценивают по содержанию трех типов звеньев:
- цис-1,4-звенья;
- транс-1,4-звенья;
- 1,2-звенья.
Для этого записывают инфракрасный спектр раствора каучука и измеряют оптические плотности аналитических полос поглощения в областях:
- 740–720 см−1 — для цис-1,4-звеньев;
- 910 см−1 — для 1,2-звеньев;
- 967 см−1 — для транс-1,4-звеньев.
Аппаратура, материалы и реактивы
Для определения микроструктуры применяют:
- двухлучевой инфракрасный спектрофотометр;
- кюветы с бромистым калием или хлористым натрием;
- медицинский шприц типа «Рекорд» вместимостью 2–5 см³ без резиновых уплотнителей;
- коническую воронку диаметром 50–55 мм с шелковой сеткой № 32–35;
- аппарат для встряхивания жидкостей;
- вакуумный термостат;
- бензол;
- сероуглерод, перегнанный и осушенный над сернокислой медью;
- четырёххлористый углерод — допускается для каучуков с содержанием цис-1,4-звеньев выше 86 %;
- этиловый ректификованный технический спирт;
- циклогексан.
Если для каучуков с высоким содержанием цис-1,4-звеньев вместо сероуглерода применяют четырёххлористый углерод, содержание цис-1,4-звеньев определяют по разности: 100 % минус сумма содержания 1,2- и транс-1,4-звеньев.
Подготовка к испытанию
Очистка образцов
Около 1 г мелконарезанного каучука, взятого от объединённой пробы, приготовленной по п. 4.3 ГОСТ 27109-86, помещают в коническую колбу вместимостью 100 см³ и растворяют в 50 см³ бензола в течение 22–24 ч. Для ускорения растворения допускается использовать аппарат для встряхивания, сокращая время до 4–5 ч.
Раствор фильтруют через воронку с шелковой сеткой. Для удаления антиоксидантов, остатков катализатора, масел и других примесей каучук переосаждают.
Переосаждение каучука
- В стакан вместимостью 250 см³ наливают 120–150 см³ этилового спирта.
- Небольшими порциями добавляют отфильтрованный раствор каучука при постоянном перемешивании стеклянной палочкой.
- После осаждения чистого каучука спирт сливают.
- Осадок промывают 50 см³ спирта.
- Каучук мелко нарезают, помещают на часовое стекло и сушат в вакуумном термостате при 60 °C в течение 2–3 ч.
Приготовление растворов образцов
Готовят по 20 см³ растворов испытуемых и контрольных каучуков в сероуглероде:
- цис-1,4-пол��бутадиеновый каучук — 2 %-ной концентрации по массе;
- транс-1,4- и 1,2-полибутадиены — 0,7 %-ной концентрации.
Для этого рассчитанные количества мелконарезанного переосажденного каучука растворяют в 20 см³ сероуглерода. При неполном растворении в расчёт концентрации вводят поправку на растворимость каучука, определённую по ГОСТ 19920.3-74.
Контрольные вещества
В качестве контрольных веществ используют полимеры, построенные из соответствующих структурных звеньев, например:
- транс-полибутадиен со 100 %-ным содержанием транс-1,4-звеньев;
- каучук СКВ, содержащий около 85 % 1,2-звеньев и 15 % транс-1,4-звеньев;
- каучук СКД, содержащий 90–97 % цис-1,4-звеньев.
Также допускается использовать набор низкомолекулярных модельных соединений, например:
- гексен-1;
- децен-1;
- транс-2-гептен;
- транс-2-децен;
- цис-4-октен.
Проведение испытания
Полученным раствором каучука с помощью шприца заполняют кювету и помещают её в измерительный канал спектрометра. В канал сравнения устанавливают кювету той же толщины, заполненную сероуглеродом.
Толщину кювет подбирают так, чтобы достигнуть оптимального пропускания 30–70 % аналитических полос.
На приборе типа ИКС-22 записывают спектр испытуемого образца в области 660–1060 см−1 не менее трёх раз.
Аналитические полосы
| Полоса поглощения | Определяемый компонент микроструктуры |
|---|---|
| 740–720 см−1 | цис-1,4-звенья |
| 910 см−1 | 1,2-звенья |
| 967 см−1 | транс-1,4-звенья |
Особенности интерпретации полосы 740–720 см−1
Для определения содержания цис-1,4-звеньев учитывают смещение максимума полосы:
- при содержании цис-1,4-звеньев около 95 % максимум расположен при 740 см−1;
- при снижении содержания цис-1,4-звеньев до 5 % максимум смещается до 724 см−1.
Определение оптической плотности
Оптические плотности полос поглощения отсчитывают от базисных линий, проведённых через точки минимума поглощения полос. При небольшом содержании транс-1,4-звеньев фон проводят по методу модифицированной основной линии:
- через спектр проводят две касательные — к рассматриваемому участку и через максимум пропускания по обе стороны измеряемой полосы;
- получают величины поглощения D₁ и D₂;
- рассчитывают среднее значение D₀.
Обработка результатов
Содержание 1,2-, транс-1,4- и цис-1,4-звеньев в процентах рассчитывают по формулам стандарта по оптической плотности соответствующих полос поглощения.
При расчётах учитывают:
- оптическую плотность полос при 910, 967 и 740 см−1;
- толщину кюветы;
- концентрацию раствора;
- условно принятую непредельность;
- коэффициенты поглощения для соответствующих полос.
Коэффициенты поглощения
Коэффициенты поглощения определяют по результатам аналогичных испытаний контрольных веществ. Допускается:
- для транс-1,4-звеньев и 1,2-звеньев использовать в качестве растворителя четырёххлористый углерод;
- для цис-1,4-звеньев использовать циклогексан.
Точность метода
| Показатель | Требование стандарта |
|---|---|
| Допускаемое расхождение между двумя параллельными определениями | Не более 2 абс. % |
| Чувствительность метода | 2 абс. % |
Основные параметры метода
| Параметр | Значение по стандарту |
|---|---|
| Метод анализа | Инфракрасная спектроскопия |
| Область записи спектра | 660–1060 см−1 |
| Оптимальное пропускание аналитических полос | 30–70 % |
| Растворитель для основных растворов | Сероуглерод |
| Альтернативный растворитель для каучуков с цис-1,4 выше 86 % | Четырёххлористый углерод |
| Температура сушки очищенного каучука | 60 °C |
| Продолжительность сушки | 2–3 ч |
Ссылочные нормативные документы
| Обозначение документа | Назначение в стандарте |
|---|---|
| ГОСТ 27109-86 | Отбор и подготовка объединённой пробы |
| ГОСТ 4403-77 | Шелковая сетка для фильтрования |
| ГОСТ 6955-75 | Бензол |
| ГОСТ 19213-73 | Сероуглерод |
| ГОСТ 20288-74 | Четырёххлористый углерод |
| ГОСТ 18300-87 | Этиловый ректификованный технический спирт |
| ГОСТ 19920.3-74 | Определение растворимости каучука |