ГОСТ ISO 1407-2013 Каучук и резина. Определение веществ, экстрагируемых растворителем

Что устанавливает ГОСТ ISO 1407-2013 и для каких материалов он применяется

ГОСТ ISO 1407-2013 устанавливает четыре метода количественного определения содержания веществ, экстрагируемых растворителем, из натуральных и синтетических каучуков:

• Метод A — определение массы веществ, экстрагированных растворителем, после выпаривания растворителя (по массе экстракта).
• Метод B — определение разности масс пробы до и после экстракции (по потере массы образца).
• Метод C — только для каучуков; определение разности масс до и после экстракции кипящим растворителем.
• Метод D — только для каучуков; определение разности масс до и после экстракции относительно первоначальной массы данной пробы; метод обычно применяют для производственного контроля.

Методы A и B допускается использовать также для испытаний резиновых смесей и вулканизатов.

Результаты могут отличаться в зависимости от выбранного метода, условий кондиционирования пробы и растворителя. Как правило, значения по методу C обычно ниже значений, полученных методами A и B, поскольку установление равновесия (особенно для сравнительно больших проб) зависит от содержания и природы экстрагируемых веществ. При этом метод C обычно быстрее, чем методы A и B.

Методы C и D не применяют, если проба при экстракции разлагается.

Нормативные ссылки и подготовка проб к экстракции

В стандарте используются ссылки на документы по отбору и подготовке образцов:

• ISO 1795 — отбор проб и дальнейшие подготовительные процедуры для натурального и синтетического каучука;
• ISO 4661-2 — подготовка проб и образцов вулканизованной резины для химических испытаний.

Подготовка образцов для методов A и B

• Лабораторную пробу каучука или резиновой смеси подготавливают по ISO 1795, затем при температуре окружающей среды вальцуют или прессуют в лист толщиной около 0,5 мм.
• Лабораторную пробу вулканизата подготавливают по ISO 4661-2. Эффективность экстракции зависит от площади контакта «твердое тело — растворитель», поэтому при необходимости пробу измельчают до частиц с поверхностной площадью не более 2 мм².

Подготовка образцов для метода C (только каучуки)

• Пробу подготавливают по ISO 1795 и далее либо получают лист толщиной около 0,5 мм, либо измельчают до частиц с поверхностной площадью не более 2 мм².
• Если получение листов толщиной не более 0,5 мм затруднено, температуру вальцевания/прессования допускается повысить, но не более чем до 100 °C.

Подготовка образцов для метода D (только каучуки)

Лабораторную пробу подготавливают по ISO 1795. Образец запрессовывают в сетку из хромникелевой проволоки и затем сворачивают сетку в трубку (конструкция и режим прессования приведены в разделе по методу D).

Растворители: требования к качеству и выбор по типу каучука

Для анализа используют растворители квалификации ч. д. а. При отсутствии иных указаний или договоренностей предпочтительно использовать растворители, рекомендованные для соответствующей группы каучука (по ISO 1629).

Если для экстракции используют ацетон, при высокой температуре он может частично перейти в диацетоновый спирт (с более высокой температурой кипения). Если на этапе выпаривания/высушивания растворитель удаляется плохо, рекомендуется повторить экстракцию, используя другой растворитель или другой метод.

Примечания к растворителям:

• ЕТА — азеотропная смесь этанола и толуола (объемное соотношение 70:30).
• В таблице предпочтительный растворитель указан первым.

Оборудование и экстракционная установка

• Весы с точностью взвешивания до 0,1 мг.
• Аппарат для экстракции (допускаются разные типы при условии сопоставимых результатов; в стандарте приведены примеры аппаратов, включая аппараты типа Кунагава и Сокслета).
• Регулируемая система нагрева.
• Роторный испаритель или другое оборудование для выпаривания.
• Оборудование для сушки (сушильный шкаф или вакуумный эксикатор).

При выполнении испытаний следует соблюдать требования охраны труда и техники безопасности, руководствоваться паспортами безопасности растворителей, а отходы утилизировать надлежащим образом.

Порядок испытаний по методам A, B, C и D

Общее требование для всех методов: выполняют два параллельных определения.

Метод A — по массе экстракта после выпаривания растворителя

1. Пустую колбу-приемник высушивают до постоянной массы и взвешивают: m₁.
2. Взвешивают образец массой 2–5 г (в зависимости от ожидаемого объема экстракта) с точностью до 1 мг: m₀.
3. Образец помещают в целлюлозную экстракционную гильзу или упаковывают в фильтровальную бумагу/металлотканую сетку (например, 150 мкм или 100 mesh). Материал упаковки предварительно очищают используемым растворителем.
4. В колбу-приемник добавляют растворитель объемом в 2–3 раза больше объема экстракционной камеры, затем собирают аппарат.
5. Экстрагируют (16,0 ± 0,5) ч (или меньше, если подтверждена полная экстракция). Скорость перегонки регулируют так, чтобы приемник экстракта в течение часа заполнялся не менее 5 раз.
6. После экстракции растворитель удаляют до постоянной массы экстракта: разность двух взвешиваний с интервалом 30 мин должна быть не более 0,2 %. Фиксируют массу колбы с экстрактом: m₂.
7. Проводят холостое испытание с тем же оборудованием и тем же объемом растворителя: m′₁ и m′₂.

Метод B — по потере массы образца после экстракции

1. Взвешивают образец массой 0,5–5 г с точностью до 1 мг: m₀.
2. Упаковывают образец и экстрагируют аналогично методу A при продолжительности (16,0 ± 0,5) ч и скорости, обеспечивающей заполнение приемника не менее 5 раз в час.
3. После экстракции образец высушивают до постоянной массы при температуре выше температуры кипения использованного растворителя. Типовой режим: 1 ч при 100 °C в вентилируемом сушильном шкафу (если применимо к растворителю).
4. Образец охлаждают в эксикаторе и взвешивают: m₃.

В целях безопасности перед сушкой удаляют избыток растворителя промоканием абсорбирующей тканью или предварительной сушкой на воздухе. Рекомендуется контролировать образец на признаки окисления.

При слишком высокой температуре в присутствии воздуха возможно разложение образца, что влияет на результат; применение вакуума позволяет снизить температуру кипения растворителя.

Метод C — экстракция кипящим растворителем (только каучуки)

1. Лабораторную пробу каучука разрезают на полоски массой 90–110 мг.
2. Взвешивают образец массой 200–600 мг с точностью до 0,1 мг: m₀.
3. Помещают образец в колбу вместимостью 150–300 см³.
4. Добавляют растворитель из расчета 25 см³ на каждые 100 мг образца и кипятят (перегоняют) 30 мин с холодильником.
5. Растворитель сливают, добавляют свежий в том же объеме и повторяют кипячение еще 30 мин. Затем повторяют процедуру в третий раз (итого 3 периода по 30 мин).
6. Содержимое колбы выливают на чистый тканевый фильтр с отверстиями, соответствующими размеру частиц, чтобы получить экстрагированный образец. Если частицы проходят через фильтр, подбирают более подходящий фильтр или переходят на метод A или B.
7. Образец сушат до постоянной массы при температуре выше температуры кипения растворителя (типовой режим: 1 ч при 100 °C), охлаждают в эксикаторе и взвешивают: m₄.

Метод D — экстракция в аппарате Сокслета с заданием числа циклов (только каучуки)

1. Взвешивают образец массой (0,50 ± 0,05) г с точностью до 1 мг.
2. Готовят трубку из хромникелевой металлотканой сетки:
   • Сетку промывают выбранным растворителем 8 ч, затем сушат при (105 ± 5) °C в течение 1 ч и взвешивают с точностью до 0,1 мг: m₇.
   • Образец запрессовывают при (150 ± 5) °C с усилием 130 кН в течение 10 с.
   • Охлаждают, затем взвешивают сетку с образцом: m₅.
   • Сетку аккуратно сворачивают в трубку и закрывают с одного конца загибом края.
3. Трубку помещают в аппарат Сокслета, в колбу-приемник добавляют 125 см³ растворителя и собирают аппарат.
4. Экстрагируют в течение времени, обеспечивающего достаточное количество циклов экстракции. Количество циклов и/или продолжительность экстракции зависят от системы «каучук — растворитель» и нагревательного оборудования и должны быть определены заранее (пример приведен ниже).
5. После экстракции растворитель утилизируют, сетчатую трубку сушат при температуре выше температуры кипения растворителя до постоянной массы и взвешивают: m₆. Охлаждение в эксикаторе при температуре окружающей среды — (15 ± 1) мин.

Размер сетки для метода D (как приведено в стандарте): 80 × 80 мм; число отверстий на 25,4 мм — 100; номинальный размер отверстия — 0,14 мм; диаметр проволоки — 0,11 мм.

Пример подбора числа циклов для EPDM в 2-бутаноне (метод D)

Для системы EPDM — 2-бутанон по результатам испытаний в двух лабораториях минимальное количество циклов экстракции, необходимое для достижения равновесия, составило 5. При использовании разных систем нагрева возможны разные значения числа циклов и длительности экстракции.

Расчет массовой доли веществ, экстрагируемых растворителем (в %)

Метод A

Массовую долю веществ, экстрагированных растворителем, вычисляют по формуле:

W_ex1 = ((m₂ − m₁) − (m′₂ − m′₁)) / m₀ × 100

• m₂ — масса колбы-приемника вместе с экстрактом, г;
• m₁ — масса пустой колбы-приемника, г;
• m′₂ — масса колбы-приемника после холостого испытания, г;
• m′₁ — масса пустой колбы-приемника при холостом испытании, г;
• m₀ — масса образца, г.

Метод B

W_ex2 = (m₀ − m₃) / m₀ × 100

• m₀ — масса образца до экстракции;
• m₃ — масса образца после экстракции и сушки.

Метод C

W_ex3 = (m₀ − m₄) / m₀ × 100

• m₀ — масса образца до экстракции;
• m₄ — масса образца после экстракции и сушки.

Метод D

W_ex4 = (m₅ − m₆) / (m₅ − m₇) × 100

• m₅ — масса сетки и образца до экстракции, мг;
• m₆ — масса сетки и образца после экстракции, мг;
• m₇ — масса сетки, мг.

Оформление результата

Для всех четырех методов за результат испытания принимают среднеарифметическое значение результатов двух параллельных определений.

Прецизионность: как оценивать повторяемость и воспроизводимость

Стандарт приводит показатели прецизионности по результатам межлабораторных программ испытаний. Эти показатели не следует использовать для приемочных испытаний конкретных материалов без документального подтверждения применимости к данным материалам и протоколам.

Повторяемость (r) — расхождение между двумя результатами, полученными в одной лаборатории при правильном применении метода; воспроизводимость (R) — расхождение между результатами разных лабораторий. Если фактическое расхождение превышает r или R, результаты считают недостоверными и требуется проверка.

Прецизионность для вулканизатов (методы A и B)

Прецизионность для каучуков (методы A, B, C)

Прецизионность для каучуков (метод D)

Что обязательно указывать в протоколе испытаний

Протокол должен содержать:

• Информацию об образцах: описание и происхождение; метод отбора образцов от лабораторной пробы.
• Метод испытания: обозначение ГОСТ ISO 1407-2013; использованный метод (A, B, C или D); тип аппарата; использованный растворитель(и).
• Условия проведения: температура в лаборатории (при необходимости — относительная влажность); температура высушивания после экстракции; любые отклонения от стандарта и обстоятельства, влияющие на результат; для метода D — число циклов и/или продолжительность экстракции.
• Результаты: отдельные значения двух определений и среднеарифметическое.
• Дату проведения испытания.

Пример записи: «Определение веществ, экстрагируемых растворителем, по ГОСТ ISO 1407-2013, метод B, растворитель ацетон, экстракция 16,0 ч, сушка 100 °C до постоянной массы».

Ссылочные нормативные документы (с соответствиями ГОСТ)