专利名称：测定硅烷混合料含量的热分析方法
技术领域：
本发明涉及一种热分析检测方法，具体涉及一种用热重分析法测定硅烷混合料含量的热分析方法。
背景技术：
硅烷混合料是一种新型的硅烷偶联剂和炭黑的混合物，是橡胶工业生产中一种非常重要的原材料，它被广泛地用作硫化剂和活化剂。由于硅烷偶联剂的特殊分子结构中存在着两种性质的官能团(R-SiX3)，能使无机填料与橡胶两者以化学力结合在一起，从而使橡胶的耐磨、耐撕、耐屈挠性等物理性能和成品的使用性能得到显著的改善，且生产能耗仅为同类产品的一半。但是，用常规的方法很难对试样硅烷混合料中水份、乙醇等低沸点物质、硅烷偶联剂、炭黑以及最终残留物的含量加以精确的测定，而精确测定硅烷混合料中各组分的含量是十分必要的。首先，水份、乙醇含量的多少直接影响到轮胎等橡胶成品的质量，如果含量较多，则会使成品中含有很多气孔，使橡胶产品容易断裂，降低其使用寿命等。其次，最终残留物大部分来自于硅烷偶联剂，残留物越多，表明硅烷偶联剂的质量就越差，其生产工艺越不好。最后，炭黑和硅烷偶联剂的混合比例不同，也会影响产品的质量性能以及生产能耗。目前硅烷混合料已有依赖进口逐渐转换为国产化，这一切都对硅烷混合料含量测定的准确性和简便性提出了更高的要求，而费时费力的化学分析法如燃烧、滴定、萃取等已经不能满足生产和发展的需要，其准确性较低，人为因素影响较大。
热分析方法是一种在程序控制温度下，测量物质的物理性质与温度关系的一种技术。在加热或冷却的过程中，随着物质的结构、相态和化学性质的变化都会伴有相应的物理性质的变化。但目前还没有使用热分析方法测定硅烷混合料含量的报道。
发明内容
作为一种橡胶业的原材料硅烷混合料，其应用越来越广泛，为了提高其组分含量测定的准确性和便捷性，提高成品的质量，适应工业化生产的需要，针对一般的化学分析方法的缺点，本发明将提供一种快速、简便、准确、灵敏度高的硅烷混合料质量的检测新方法将热重分析方法用于测定硅烷混合料中的各组分含量，具体为水份、乙醇等低沸点物含量、硅烷偶联剂、炭黑以及最终残留量。
本发明中所用的热重法是它是在程序控制温度下，测量物质质量与温度关系的一种技术。其基本原理为在氮气中充分地热解高分子化合物，然后在空气中将炭黑燃尽，余下的残渣为残留物。
一种测定硅烷混合料含量的热分析方法，在程序控制温度下，测量物质质量与温度关系，包括以下步骤将试样放置于惰性气体气氛(例如氮气)中以10℃/min的速率程序加热；继续加热至550℃，等温60min；升温至650℃；气体更换成氧气，等温60min；
通过热重曲线进行计算从热重曲线上，读取试样的起始质量M0、读取105℃时的质量M1，低沸点物质(如水份和乙醇)的含量为(M1-M0)/M0×100％；读取试样的质量M2，硅烷混合料中的硅烷偶联剂的含量为(M2-M1)/M0×100％；读取在氧气气氛下的硅烷混合料最终质量M3，硅烷混合料中炭黑的百分含量为(M3-M2)/M0×100％；最终残留物的含量为M3/M0×100％。
更优化和更具体地说，本发明的步骤如下1、样品用量的选取取5～10mg试样，放置于三氧化二铝试样皿中；2、程序的设计在氮气气氛中从室温以10℃/min的速率加热至550℃；在550℃温度下等温60min；以10℃/min的速率升温至650℃；更换气体，由氮气换成氧气；在650℃再等温60min。
3、气氛的选取氮气和氧气的流量均为40ml/min。
4、通过热重曲线进行计算曲线如图1所示，从热重曲线上，a.可以直接读取开始加热时的起始质量M0和在105℃时的质量M1，那么低沸点物质如水份和乙醇的含量为(M1-M0)/M0*100％；b.读取在氮气气氛下650℃时的质量M2，那么(M2-M1)/M0*100％就为硅烷混合料中的硅烷偶联剂的含量；c.从热重曲线上读取在氧气气氛下的硅烷混合料最终质量M3，那么，硅烷混合料中炭黑的百分含量为(M3-M2)/M0*100％；
d.最终残留物的含量为M3/M0*100％。
在以上方案中1、热重分析仪的基本结构是由精密天平和线性程序控温的加热炉组成。热天平是根据天平梁的倾斜与重量变化的关系来测定，灵敏度可达0.1μg；程序控制温度由炉膛内和加热炉丝附近的两根热电偶进行控制，可以提供精确而灵敏的温度程序，温度精度可以达到±2℃。
2、本发明中热重法测量试样用量仅为5-10mg，用量少。对某一批次试样可以进行多次采样测试。
3、整个实验过程约二小时，方法方便快速，能迅速准确地检测出试样硅烷混合料的各组分的含量。
4、全部过程由仪器自动执行，减少了人为操作的误差和周围环境的影响。
步骤1中所述的三氧化二铝试样皿也可改用Pt试样皿。
本发明在测试的等温时间、气氛的流量、升温速度的快慢、试样用量方面发明人做了大量的比较实验，以此掌握了最佳的实验条件，本发明的技术进步在于测定准确，用量少，灵敏度高，方法简单、快速。对硅烷混合料的产业化的质量控制具有实际意义。
图1为硅烷混合料标准品的热重曲线；图2为试样硅烷混合料的热重曲线。
具体实施例方式
实施例1，测定硅烷混合料含量的热分析方法，
仪器采用美国PE公司生产的7系列热重分析仪，取进口硅烷混合料试样8.539mg和国产样8.417mg，氮气和氧气的流量均为40ml/min。
样品用量的选取取5～10mg试样，放置于三氧化二铝试样皿中；程序的设计在氮气气氛中从室温以10℃/min的速率加热至550℃；在550℃温度下等温60min；以10℃/min的速率升温至650℃；更换气体，由氮气换成氧气；在650℃再等温60min。
气氛的选取氮气和氧气的流量均为40ml/min。
通过热重曲线进行计算曲线如图1所示，从热重曲线上，在氮气气氛中从室温以10℃/min的速率加热至550℃；在550℃温度下等温60min；以10℃/min的速率升温至650℃；更换气体，由氮气换成氧气；在650℃再等温60min；得到热重曲线，其示意图如图2；从热重曲线上，可以直接读取开始加热时的起始质量M0和在105℃时的质量M1，那么低沸点物质如水份和乙醇的含量为(M1-M0)/M0*100％；读取在氮气气氛下650℃时的质量M2，那么(M2-M1)/M0*100％就为硅烷混合料中的硅烷偶联剂的含量；从热重曲线上读取在氧气气氛下的硅烷混合料最终质量M3，那么，硅烷混合料中炭黑的百分含量为(M3-M2)/M0*100％；最终残留物的含量为M3/M0*100％。
权利要求
1.一种测定硅烷混合料含量的热分析方法，在程序控制温度下，测量物质质量与温度关系，包括以下步骤将试样放置于惰性气体气氛中，以10℃/min的速率程序加热；继续加热至550℃，等温60min；升温至650℃；气体更换成氧气，等温60min；通过热重曲线进行计算从热重曲线上，读取试样的起始质量M0、读取105℃时的质量M1，低沸点物质的含量为(M1-M0)/M0×100％；读取试样的质量M2，硅烷混合料中的硅烷偶联剂的含量为(M2-M1)/M0×100％；读取在氧气气氛下的硅烷混合料最终质量M3，硅烷混合料中炭黑的百分含量为(M3-M2)/M0×100％；最终残留物的含量为M3/M0×100％。
2.按照权利要求1所述的测定硅烷混合料含量的热分析方法，其特征在于，具体步骤如下样品用量的选取取5～10mg试样，放置于试样皿中；程序的设计在氮气气氛中从室温以10℃/min的速率加热至550℃；在550℃温度下等温60min；以10℃/min的速率升温至650℃；更换气体，由氮气换成氧气；在650℃再等温60min；气氛的选取氮气和氧气的流量均为40ml/min；通过热重曲线进行计算，从热重曲线上a.直接读取开始加热时的起始质量M0和在105℃时的质量M1，低沸点物质如水份和乙醇的含量为(M1-M0)/M0*100％；b.读取在氮气气氛下650℃时的质量M2，(M2-M1)/M0*100％为硅烷混合料中的硅烷偶联剂的含量；c.从热重曲线上读取在氧气气氛下的硅烷混合料最终质量M3，硅烷混合料中炭黑的百分含量为(M3-M2)/M0*100％；d.最终残留物的含量为M3/M0*100％。
3.按照权利要求1或2所述的测定硅烷混合料含量的热分析方法，其特征在于，所述的惰性气体为氮气；所述的试样皿为三氧化二铝试样皿。
全文摘要
测定硅烷混合料含量的热分析方法，在程序控制温度下，测量物质质量与温度关系试样置于惰性气氛中，以10℃/min的速率程序加热；550℃等温60min；650℃更换成氧气等温60min；通过热重曲线进行计算读取试样的起始质量M
文档编号G01N5/00GK1865912SQ20061004033
公开日2006年11月22日 申请日期2006年5月16日 优先权日2006年5月16日
发明者王昉, 顾敏芬, 顾为飞 申请人:南京师范大学