一種測試聚合物用填料表面自由能的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明設(shè)及無機填料表面自由能測試技術(shù)領(lǐng)域，具體而言，設(shè)及一種測試聚合物 用填料表面自由能的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 填料是聚合物工業(yè)的主要原料之一，能賦予聚合物許多優(yōu)異的性能，比如使非自 補強橡膠具有實用價值，用于橡膠工業(yè)的填料主要有炭黑、白炭黑、碳酸巧、高嶺±、蒙脫 ±、陶±、云母粉、滑石粉等。
[0003] 填料的表面自由能影響其與聚合物的吸附性、結(jié)合性和分散性，對于聚合物體系 的加工性能和成品性能起到至關(guān)重要的作用，通過與聚合物的物理化學(xué)作用影響橡膠的補 強，繼而影響到聚合物產(chǎn)品的物理機械性能和動態(tài)力學(xué)性能，此處填料的表面自由能可W 看成填料的表面活性。
[0004] 但是目前并沒有對無機填料和有機填料的表面活性進行細(xì)致研究，W往測試表面 自由能的方法也存在操作繁瑣和重復(fù)性差的缺點，且得到的數(shù)據(jù)單一，不能多方面反映填 料的性質(zhì)。特別是針對透光性差、難氣化的炭黑來說，測試炭黑的表面活性尤為困難。填料 的表面活性可W通過表面自由能來反映，本技術(shù)就是測試填料的吸附自由能、色散自由能 和極性分量來分析填料的吸附性、極性/非極性程度、團聚程度、在聚合物中的分散性W及 與各種聚合物的相容性，進而判斷填料在聚合物中的使用性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 針對上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明提供一種測試聚合物用填料表面自由能 的方法，本發(fā)明的方法操作簡單，重復(fù)性好，結(jié)果準(zhǔn)確，適用于多種無機填料。
[0006] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：
[0007] -種測試聚合物用填料表面自由能的方法，包括W下步驟：
[000引（1)將待測的填料樣品進行干燥后，裝入填充柱；
[0009] (2)將步驟(1)得到的填充柱老化；
[0010] (3)設(shè)置參數(shù)，開啟氣相色譜儀的測試系統(tǒng)，注入非極性探針分子混合液和極性探 針分子，測試得到非極性探針分子的保留時間和極性探針分子的保留時間；
[001U (4)計算：
[001^ 求凈保留體積：
[0013] 化=j2 . D(tr-tm)
[0014] 其中：j為校正因子，D為柱后流量，tr為保留時間，tm為死時間；
[0015] 校正因子j通過下式求得：
[0016]
[0017] 其中，Pi指色譜柱進口壓力，即柱前壓，po指色譜柱出口壓力，即柱后壓；
[001引求吸附自由能
[0019]
[0020] - Δ G指吸附自由能的負(fù)值，R指氣體常數(shù);巧旨填充柱溫度;C = 299; S指填料的總比 表面積;g指填充柱內(nèi)填料的質(zhì)量，用注入的非極性探針分子的-AG對碳原子數(shù)繪制趨勢 線，求出斜率，得到單個亞甲基引起的吸附自由能變化-Δ Gch2 ;
[0021] 求色散自由能
[0022]
[0023] if指色散自由能，Να為阿伏伽德羅常數(shù);日甜2指單個C此的面積(0.06nm2);rcH康示 僅由C出基團構(gòu)成的固體物質(zhì)的表面能，W聚乙稀為標(biāo)準(zhǔn)，取值為35mJ/m2;
[0024] 求極性探針分子吸附自由能的極性部分-Δ Δ G，由所述非極性探針分子的-Δ G對 其分子截面積做線性方程式，然后把極性探針分子的分子截面積代入方程式，得到極性分 子吸附自由能的非極性部分，再用極性分子總吸附自由能減去其非極性部分，即得到-A Δ G;
[0025] 求填料表面自由能的極性部分
[0026]
[0027] αρ為探針分子占據(jù)填料的表面積；
[0028] 填料表面自由能r由極性部分和非極性部分兩者組成，
[0029] r = rsd+isp
[0030] /f為填料的非極性部分表面自由能，也稱為色散自由能；ΓΡ為填料的極性部分表 面自由能；
[0031] 所述填料包括炭黑、白炭黑、碳酸巧、蒙脫±、高嶺±、云母粉、陶±、滑石粉。
[0032] 進一步，步驟(3)中，所述非極性探針分子混合液包括正戊燒、正己燒和正庚燒，體 積比為1:1: 1。
[0033] 進一步，步驟(2)中，所述老化的溫度為130-150°C。
[0034] 進一步，步驟(3)中，設(shè)置參數(shù)時，若填料為炭黑或白炭黑，將測試溫度設(shè)置為130 Γ;若填料為碳酸巧、蒙脫±、高嶺±、云母粉、陶±或滑石粉，將測試溫度設(shè)置為100°C。
[0035] 進一步，步驟(4)中，對KH2利用下式進行校正：
[0036] /-(".二 36.8-0.05Sr
[0037] 進一步，步驟(3)中，非極性探針分子纔合液向填充柱中注入3次，非極性探針分子 的保留時間取3次的平均值。
[0038] 本發(fā)明的有益效果如下：
[0039] 1、將巧巾非極性探針分子混合后再注入填充柱中，各探針分子之間相互不干擾，避 開了不同非極性探針分子之間的操作時間誤差，使做出的線形方程式的方差提高到0.999 社；
[0040] 2、本發(fā)明計算時采用與現(xiàn)有技術(shù)不同的公式，使整個計算過程適合于無機填料， 并且結(jié)果更精確和穩(wěn)定；
[0041] 3、本發(fā)明重新給出了無機填料的老化溫度、使用的探針分子種類、測試溫度等參 數(shù)，突破傳統(tǒng)觀點，使測試結(jié)果更準(zhǔn)確。
【具體實施方式】
[0042] 為了使本領(lǐng)域的人員更好地理解本發(fā)明的技術(shù)方案，下面對本發(fā)明的技術(shù)方案進 行清楚、完整的描述，基于本申請中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動 的前提下所獲得的其它類同實施例，都應(yīng)當(dāng)屬于本申請保護的范圍。
[00創(chuàng)實施例一.
[0044] -種測試聚合物用填料表面自由能的方法，包括W下步驟：
[0045] (1)待測的顆粒狀填料選用60-80目，粉狀填料直接使用，將待測的填料樣品放入 烘箱中在125Γ條件下干燥1小時，干燥后，裝入填充柱，填充柱選用不誘鋼材質(zhì)，填充前先 對空的填充柱進行凈化處理，再稱取適量的填料填入填充柱;對于顆粒狀填料，尤其是炭 黑，顆粒不均勻，若直接裝填柱子，會造成密實度不均勻，增加測試誤差。
[0046] (2)將步驟（1)得到的填充柱老化，老化需要在氮氣環(huán)境下進行，控制溫度130°C， 老化10小時;通常無機填料選擇高于18(TC的溫度進行老化，但是本發(fā)明的發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，無 機填料在180°CW上的氮氣環(huán)境中長時間老化時，比表面積會變大，造成測量結(jié)果出現(xiàn)偏 差，本發(fā)明選擇130-15(TC老化，對無機填料的表面性質(zhì)影響不大，并且能達(dá)到老化的目的。
[0047] (3)設(shè)置參數(shù)，開啟氣相色譜儀測試系統(tǒng)，注入非極性探針分子混合液和極性探針 分子，測試得到非極性探針分子的保留時間和極性探針分子的保留時間；其中，所述非極性 探針分子混合液包括正戊燒、正己燒和正庚燒，體積比為1:1:1，極性探針分子包括甲醇、甲 苯、乙酸乙醋和乙臘，若填料為炭黑或白炭黑，將測試溫度設(shè)置為130°C;若填料為碳酸巧、 蒙脫±、高嶺±、云母粉、陶±或滑石粉，將測試溫度設(shè)置為100°C。對于反相氣相色譜，通常 采用正戊燒、正己燒、正庚燒和正辛燒，但是本發(fā)明的發(fā)明人發(fā)現(xiàn)正辛燒極性參數(shù)較大，與 前Ξ種正燒控做線形關(guān)系時產(chǎn)生的誤差較大，造成最終結(jié)果出現(xiàn)較大偏差，因此本發(fā)明只 選擇正戊燒、正己燒和正庚燒作為非極性探針分子。將巧巾非極性探針分子混合后再注入填 充柱中，各探針分子之間相互不干擾，避開了不同非極性探針分子之間的操作時間誤差，使 做出的線形方程式的方差提高到0.999W上。另外，本發(fā)明的發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，對于很多無機填 料，測試溫度