Назначение метода для синтетических каучуков
Настоящий стандарт устанавливает метод определения массовой доли связанного стирола или α-метилстирола в синтетических каучуках. Метод основан на измерении коэффициента преломления при помощи рефрактометра типа Аббе.
Стандарт распространяется на каучуки, содержащие не более 55 % связанного стирола или α-метилстирола. По изменению к стандарту метод также применяют к каучукам, получаемым полимеризацией в растворе, при содержании связанного стирола не более 45 %.
Первоначально стандарт не распространялся на бутадиенстирольные каучуки, получаемые полимеризацией в растворе, однако это ограничение было скорректировано изменением № 1.
Принцип определения по коэффициенту преломления
Сущность метода заключается в том, что после экстрагирования и сушки каучука из подготовленного образца формируют прозрачную шкурку или плёнку и измеряют её коэффициент преломления. По полученному значению при 25 °C рассчитывают массовую долю связанного стирола или α-метилстирола по табличным данным или по расчетным формулам стандарта.
Оборудование и реактивы для испытания
Для выполнения анализа стандарт предусматривает следующий набор оборудования и материалов:
- рефрактометр типа Аббе;
- лампа рассеянного света;
- стеклянная пластинка-эталон для градуирования прибора;
- баня песчаная или водяная;
- вакуумный сушильный шкаф или сушильный шкаф;
- термостат;
- часовое стекло;
- чашка Петри;
- лампа инфракрасного излучения;
- плоскодонная колба 250 см³ с воздушным холодильником;
- коническая колба 100 см³ с притёртой пробкой;
- мерные цилиндры 50 и 100 см³;
- мерная колба 250 см³;
- эксикатор;
- лабораторные весы 2-го класса точности;
- сигнальные часы.
Применяемые реактивы и материалы
- хлороформ;
- толуол;
- этиловый спирт;
- спиртотолуольная смесь 70:30;
- α-бромнафталин для градуирования прибора;
- алюминиевая или ацетатная фольга;
- хлористый кальций.
Подготовка каучука к измерению
Отбор и измельчение пробы
Пробу отбирают из развальцованной шкурки каучука толщиной не более 0,5 мм. Масса пробы должна составлять 2–3 г. Каучук разрезают на кусочки размером приблизительно 2 × 2 мм.
Экстрагирование пробы
В плоскодонную колбу наливают 100 см³ спиртотолуольной смеси и помещают пробу так, чтобы избежать слипания кусочков. Колбу присоединяют к воздушному холодильнику, доводят до кипения и кипятят в течение 1 ч.
После первой экстракции раствор сливают в ту же мерную колбу. Затем каучук снова заливают 100 см³ свежей спиртотолуольной смеси и проводят повторное экстрагирование 1 ч. По изменению № 1 пробу в колбе для экстрагирования дополнительно трижды промывают спиртотолуольной смесью порциями по 10 см³, сливая промывки в ту же мерную колбу.
Для маслонаполненных каучуков, содержащих тёмные масла, экстрагирование проводят три раза по 1 ч с применением свежих порций по 100 см³ спиртотолуольной смеси.
Сушка после экстракции
Экстрагированную пробу переносят на часовое стекло или чашку из фольги, предварительно высушенные до постоянной массы при температуре 105–110 °C. Затем пробу сушат в сушильном или вакуумном сушильном шкафу при 105–110 °C в течение 1 ч, охлаждают в эксикаторе над хлористым кальцием 30 мин и взвешивают.
Сушку повторяют по 30 мин с последующим охлаждением в эксикаторе до достижения постоянной массы.
Раствор экстракта после охлаждения до комнатной температуры доводят в мерной колбе до метки спиртотолуольной смесью и тщательно перемешивают. Стандарт указывает, что этот раствор может использоваться для определения содержания органических кислот, их мыл и стабилизаторов.
Способы получения образца для рефрактометра
Основной способ — прессованная шкурка
От каждой экстрагированной и высушенной пробы отбирают не менее трёх кусочков каучука. Каждый кусочек помещают между двумя листами алюминиевой или ацетатной фольги размером (100 ± 30) × (100 ± 30) мм.
Образцы прессуют в течение 5 мин при температуре (100 ± 2) °C и давлении не менее 2,0 МПа (20 кгс/см²). После этого образцы охлаждают в прессе до комнатной температуры при том же давлении, выдерживают 10 мин и передают на испытание.
Дополнительный способ — плёнка каучука
Экстрагированную и высушенную пробу помещают в коническую колбу вместимостью 100 см³ и растворяют при перемешивании в 50 см³ хлороформа. Раствор выливают в чашку Петри и сушат под лампой инфракрасного излучения до полного испарения хлороформа до постоянной массы, не допуская оплавления плёнки.
Настройка рефрактометра перед испытанием
Перед началом измерений температуру рефрактометра с помощью циркуляционной воды из термостата устанавливают на уровне (25 ± 0,1) °C. Затем проверяют градуировку прибора по коэффициенту преломления эталонной стеклянной пластинки с использованием капли α-бромнафталина.
После проверки призмы прибора протирают этиловым спиртом.
Пересчёт коэффициента преломления к 25 °C
Если измерение проводят при температуре, отличной от 25 °C, коэффициент преломления приводят к стандартной температуре по формуле, указанной в стандарте. Поправка составляет 0,00037 на каждый градус отклонения от 25 °C.
Порядок проведения измерений
Из полученных по основному или дополнительному способу образцов вырезают полоски каучука, соответствующие типу применяемого рефрактометра. Для прессованной шкурки перед измерением удаляют фольгу.
Образец должен быть:
- прозрачным;
- без воздушных пузырьков;
- достаточным по размеру для установки между призмами прибора.
Полоску помещают между призмами рефрактометра и выдерживают 5 мин для выравнивания температуры.
Компенсатор устанавливают так, чтобы получить чёткую, почти бесцветную разделительную линию между светлым и тёмным полями. Затем разделительную линию совмещают с точкой скрещивания волосков.
Точность измерений и усреднение результатов
Коэффициент преломления измеряют два раза для каждой полоски каучука. Допускаемое расхождение между двумя отсчётами не должно превышать ±0,0001.
За коэффициент преломления одной пробы принимают среднее арифметическое результатов по полоскам, отобранным от трёх шкурок или плёнок. Далее за результат для анализируемого каучука принимают среднее арифметическое коэффициентов преломления двух одновременно экстрагированных проб. Расхождение между ними не должно превышать ±0,0002.
Расчёт содержания связанного стирола
Массовую долю связанного стирола определяют по таблице приложения или рассчитывают по формуле стандарта на основе коэффициента преломления при 25 °C.
| Параметр | Значение по стандарту | Назначение |
|---|---|---|
| Базовое содержание стирола | 23,50 % | Стандартный бутадиенстирольный каучук при соотношении бутадиена к стиролу 70:30 по массе |
| Базовый коэффициент преломления | 1,5346 | Коэффициент преломления стандартного каучука при 25 °C |
| Коэффициент пересчёта | 1164 | Пересчёт разности показателей преломления в проценты |
| Поправка на нелинейность | 3497 × (n − 1,5346)² | Учитывает нелинейную зависимость показателя преломления от содержания стирола |
Для практического применения стандарт также содержит развернутую таблицу соответствия значений nD²⁵ и массовой доли связанного стирола примерно в диапазоне 0,05–55,58 %.
Расчёт содержания связанного α-метилстирола
Массовую долю связанного α-метилстирола также определяют по таблице приложения или по расчетной формуле стандарта.
| Параметр | Значение по стандарту | Назначение |
|---|---|---|
| Базовое содержание α-метилстирола | 24,33 % | Стандартный бутадиен-α-метилстирольный каучук при соотношении бутадиена к α-метилстиролу 68:32 по массе |
| Базовый коэффициент преломления | 1,5342 | Коэффициент преломления стандартного каучука при 25 °C |
| Коэффициент пересчёта | 1232 | Пересчёт разности показателей преломления в проценты |
| Поправка на нелинейность | 3966 × (n − 1,5342)² | Учитывает нелинейную зависимость показателя преломления от содержания α-метилстирола |
Таблица приложения позволяет определять массовую долю связанного α-метилстирола приблизительно в диапазоне 0,04–55,41 % в зависимости от измеренного коэффициента преломления.
Диапазоны и ограничения метода
- метод применим для каучуков с содержанием связанного стирола или α-метилстирола не более 55 %;
- для каучуков, получаемых полимеризацией в растворе, содержание связанного стирола по изменению № 1 должно быть не более 45 %;
- измерение выполняют при строго контролируемой температуре, предпочтительно 25 °C;
- образцы должны быть прозрачными и не содержать пузырьков.
Основные нормативные документы, упомянутые в стандарте
| Обозначение | Применение |
|---|---|
| ГОСТ 27109-86 | отбор и подготовка проб |
| ГОСТ 25336-82 | лабораторные колбы, эксикатор |
| ГОСТ 1770-74 | мерные цилиндры и мерная колба |
| ГОСТ 5789-78 | толуол |
| ГОСТ 17299-78 | этиловый спирт технический |
| ГОСТ 18300-87 | этиловый спирт ректификованный технический |
| ГОСТ 745-79 | алюминиевая фольга |
| ГОСТ 24104-88 | лабораторные весы |
| ГОСТ 3145-84 | сигнальные часы |