乙丙橡膠色度檢測(cè)的影響因素分析

劉元艷，米海巖，張彩珍，沙 爽，姚 芳

(中國(guó)石油吉林石化公司 質(zhì)量檢驗(yàn)中心，吉林 吉林 132021)

乙丙橡膠廣泛應(yīng)用在汽車(chē)配件、電線電纜、密封制品、潤(rùn)滑油改性劑等領(lǐng)域，其中部分用于生產(chǎn)淺色制品，乙丙橡膠外觀顏色直接影響淺色制品的質(zhì)量，因此乙丙橡膠色度指標(biāo)是下游用戶(hù)評(píng)判其產(chǎn)品質(zhì)量好壞的重要依據(jù)。

國(guó)際和國(guó)內(nèi)現(xiàn)有合成橡膠色度測(cè)定方法有：ISO 6271-1透明液體-用鉑鈷色標(biāo)評(píng)定色度——目視法[1]；SH/T 1049—2014丁二烯橡膠溶液色度的測(cè)定——目視法[2]，兩種方法需要用溶劑溶解橡膠，與鉑-鈷標(biāo)準(zhǔn)比色溶液的顏色進(jìn)行目視比色，溶解過(guò)程耗時(shí)較長(zhǎng)，不利于快速測(cè)得乙丙橡膠的外觀色度值。因此，選擇方法時(shí)首選利用固體產(chǎn)品色度測(cè)定儀測(cè)定乙丙橡膠色度[3]。

黃色指數(shù)(YI)和日光照射下觀察到的黃色程度能較好地吻合，因而能用于評(píng)價(jià)乙丙橡膠外觀色度，其計(jì)算如式(1)所示。本文通過(guò)采用不同型號(hào)的色度計(jì)，在不同的操作條件下測(cè)定乙丙橡膠色度，分析乙丙橡膠色度檢測(cè)的影響因素。

YI=100(1.30X-1.15Z)/Y

(1)

式中：X、Y、Z分別為所得的三刺激值。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 原料

乙丙橡膠：牌號(hào)為J-0010、J-2070、J-3080、J-3080P、J-3092E、J-4090、J-4045，中國(guó)石油吉林石化公司有機(jī)合成廠；乙丙橡膠：牌號(hào)為4045、3092PM、2060M、P-0680，日本三井化學(xué)株式會(huì)社；乙丙橡膠：牌號(hào)為400，美國(guó)獅子化學(xué)有限公司；乙丙橡膠：牌號(hào)為5465Q，美國(guó)朗盛化學(xué)有限公司；乙丙橡膠：牌號(hào)為4770，美國(guó)杜邦公司。

1.2 儀器及設(shè)備

色度測(cè)試儀：ZE-6000，全自動(dòng)，上海首立實(shí)業(yè)有限公司；色度測(cè)試儀：YI-ACM，全自動(dòng)，杭州研特科技有限公司；色度測(cè)試儀：HltraScan PRO，全自動(dòng)，美國(guó)HunterLab公司。

1.3 樣品的選擇設(shè)計(jì)

(1)在杭州、上海實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)選擇的樣品見(jiàn)表1，15個(gè)樣品分別制成薄厚兩種試片，設(shè)計(jì)方案為：

表1 在杭州、上海實(shí)驗(yàn)選擇的樣品分類(lèi)列表

(a)選取J-0010、J-2070、J-3080、J-3080P、J-3092E、J-4090、J-4045七個(gè)牌號(hào)的樣品。

(b) 針對(duì)牌號(hào)J-4045選擇三個(gè)不同顏色的樣品測(cè)試，觀察樣品由淺至深顏色變化帶來(lái)黃色指數(shù)結(jié)果的變化值。三個(gè)樣品分別為釩質(zhì)量濃度為2 mg/kg(顏色呈白色)，實(shí)驗(yàn)中簡(jiǎn)稱(chēng)“4045V2”；釩質(zhì)量濃度為5 mg/kg(顏色呈淡黃綠色)，實(shí)驗(yàn)中簡(jiǎn)稱(chēng)“4045V5”；釩質(zhì)量濃度為16 mg/kg(顏色呈黃綠色)，實(shí)驗(yàn)中簡(jiǎn)稱(chēng)“4045V16”。

(c) 將上述(2)中兩個(gè)樣品(4045V5和4045V16)分別壓制三個(gè)試片測(cè)試樣品結(jié)果的重復(fù)性，實(shí)驗(yàn)中簡(jiǎn)稱(chēng)“4045V5-1、4045V5-2、4045V5-3”和“4045V16-1、4045V16-2、4045V16-3”。

(d) 國(guó)外膠包括三井公司4045和獅子化學(xué)公司400。

(2) 在中國(guó)石油吉林石化合成樹(shù)脂廠實(shí)驗(yàn)選擇的樣品，設(shè)計(jì)方案為：

(a) 選取與表1中序號(hào)為1～8相同的樣品。

(b) 選取J-4045釩質(zhì)量濃度不同的4045樣品：釩質(zhì)量濃度分別為2、5、7、10、16 mg/kg，實(shí)驗(yàn)中簡(jiǎn)稱(chēng)“4045V2、4045V5、4045V7、4045V10、4045V16”。

(c) 選取國(guó)外樣品朗盛公司5465Q，三井公司3092PM、2060M、P-0680；杜邦公司4770，測(cè)定色度并與4045進(jìn)行比對(duì)。

1.4 樣品制備

根據(jù)不同儀器對(duì)試片的不同要求，制備兩種試片：(1)薄片：直徑為(3.5±0.2)cm，厚度為3 mm；(2)厚片：直徑為(3.0±0.2)cm，厚度為9 mm。其制備過(guò)程為：將不銹鋼模具置于清潔的不銹鋼片上，再將清潔的聚酯片平鋪在不銹鋼模具上,取適量樣品放在聚酯片對(duì)應(yīng)的圓孔位置上，蓋上聚酯片和不銹鋼片。將該組件放入溫度保持在(160±5)℃壓力機(jī)的熱壓板上,壓至兩加熱板之間保持緊密、無(wú)壓力，在該狀態(tài)下保持1 min。然后在3 MPa的壓力下熱壓5 min，卸壓取出組件放入冷壓板上，在3 MPa的壓力下冷壓5 min取出。剝?nèi)ゾ埘テ?，得到所需的樣片?/p>

2 結(jié)果與討論

2.1 乙丙橡膠YI與色度的相關(guān)性

在一定的條件下，乙丙橡膠的色度與測(cè)得的YI值有相關(guān)性，且重復(fù)性較好，即正值表示材料呈現(xiàn)黃色，負(fù)值則表示材料呈現(xiàn)藍(lán)色(白色)。由表2三組樣品的YI值數(shù)據(jù)可以看出：

實(shí)驗(yàn)一：對(duì)不同牌號(hào)、顏色不同的乙丙橡膠測(cè)定色度，大部分乙丙橡膠YI與外觀顏色有相關(guān)性，重復(fù)性較好，4045V5樣品的3個(gè)平行樣YI值分別為13.5、13.01、14.05，結(jié)果如圖1所示。

圖1 不同牌號(hào)乙丙橡膠的YI值

實(shí)驗(yàn)二：對(duì)同一牌號(hào)、釩含量不同的4045樣品，其質(zhì)量濃度分別為2、5、7、10、16 mg/kg，測(cè)定色度，做平行樣。每個(gè)平行樣重復(fù)性較好，YI隨著釩含量增大而增大，如圖2所示。但釩質(zhì)量濃度低于5 mg/kg，因儀器靈敏度限制，變化不明顯。

圖2 選取J-4045不同釩質(zhì)量濃度樣品的YI值

實(shí)驗(yàn)三：對(duì)不同牌號(hào)國(guó)外膠測(cè)定色度，與4045正常樣品和釩質(zhì)量濃度稍高(7 mg/kg)樣品比較，大部分乙丙橡膠YI與外觀顏色有相關(guān)性。同時(shí)從表2可看出，4045V5樣品在三次實(shí)驗(yàn)中重復(fù)性較好。

表2 三組典型樣品黃色指數(shù)測(cè)定數(shù)據(jù)1)

續(xù)表

1) 采用HltraScan PRO色度儀測(cè)試數(shù)據(jù)。

2.2 制片厚度對(duì)乙丙橡膠色度的影響

由于乙丙橡膠成半透明狀，因此其YI是厚度的函數(shù)，只有在相同厚度的情況下，才能進(jìn)行色度比較[4]。采用杭州研特的YI-ACM色度儀測(cè)試的實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 制片厚度對(duì)乙丙橡膠YI值的影響1)

1) 采用YI-ACM色度儀測(cè)試數(shù)據(jù)。

由表3可知，對(duì)薄、厚兩種試片分別進(jìn)行測(cè)試，薄片的YI與乙丙橡膠外觀顏色有相關(guān)性，重復(fù)性也較好；厚片沒(méi)有相關(guān)性，如圖3所示。

圖3 制片厚度對(duì)YI值的影響

由于厚片變形較快，表面不光滑、造成側(cè)面漏光，結(jié)果出現(xiàn)失真的狀況。另外由于膠體的透明程度不同，側(cè)面漏光的程度也不同，同樣影響檢測(cè)結(jié)果，因此試片應(yīng)有固定模具壓制而成，一是保證試片厚度，二是模具具有防側(cè)面漏光作用。

2.3 色度儀光入射模式及背景對(duì)色度的影響

由于HltraScan PRO色度儀和ZE-6000色度儀有反射和透射兩種模式，國(guó)產(chǎn)的儀器只有反射模式，實(shí)驗(yàn)在中國(guó)石油吉林石化公司合成樹(shù)脂廠采用透射模式測(cè)試，在杭州研特采用反射模式測(cè)試。從表4可以看出，同樣牌號(hào)的乙丙橡膠，反射模式(白襯板)的YI值高于透色模式的YI值。因色度儀采用反射模式測(cè)定時(shí)背景的選擇影響色度的結(jié)果[5-6]，即采用白色背景色度結(jié)果偏高，采用黑色背景色度結(jié)果為負(fù)值。這與乙丙橡膠的特征有關(guān)，乙丙橡膠制片呈透明狀，用反射模式測(cè)定時(shí)，背景板自身的吸光能力影響較大，等于是在背景下得到相對(duì)YI值，因此不能代表乙丙橡膠色度的真值。

表4 采用反射模式背景對(duì)YI值的影響1)

1) 采用YI-ACM色度儀測(cè)試數(shù)據(jù)。

色度計(jì)采用反射模式適用于不透明試片，從表5可以看出，乙丙橡膠試片透明度較好，適合采用透射模式測(cè)定色度。

表5 透射模式對(duì)乙丙橡膠YI的影響1)

1) 采用HltraScan PRO色度儀測(cè)試數(shù)據(jù)。

因此乙丙橡膠的YI值在不同儀器上不同操作條件下響應(yīng)不同，只能看趨勢(shì)，無(wú)法進(jìn)行數(shù)值上的比較，即使在某臺(tái)儀器上得到穩(wěn)定數(shù)據(jù)，只能作為內(nèi)控外觀顏色的手段，不能作為出廠指標(biāo)提供給用戶(hù)。

2.4 乙丙橡膠透明程度對(duì)色度的影響

不同牌號(hào)的乙丙橡膠由于其透明程度不同，造成光的反射和透射能力的差異，其色度值不具有可比性[7-8]。例如J-4090外觀顏色呈黃綠色、透明狀，J-3080P外觀顏色呈白色、半透明狀。從表6中國(guó)石油吉林石化公司合成樹(shù)脂廠數(shù)據(jù)可以看出，J-3080P的YI與J-4090接近，杭州研特的數(shù)據(jù)也存在同樣情況，而試片透明的J-3080的YI值相對(duì)要小。因此不同牌號(hào)乙丙橡膠，由于膠體的透明程度不同，對(duì)YI值趨勢(shì)產(chǎn)生差異，需要分別對(duì)每個(gè)牌號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)累計(jì)實(shí)驗(yàn)。

表6 乙丙橡膠不同透明度對(duì)YI值的影響

2.5 其他色度的影響因素

除了上述條件，其他因素也會(huì)對(duì)色度分析造成影響。由于不同于ABS制片，乙丙橡膠壓片后，存在試片收縮變形、褶皺、氣泡以及黑點(diǎn)等現(xiàn)象，這些都會(huì)對(duì)色度分析帶來(lái)影響[9-10]。褶皺和變形會(huì)導(dǎo)致制片不平整，日光會(huì)從側(cè)面射入乙丙膠制片，成為干擾光,因此試片需采用薄片，減少試片變形帶來(lái)的誤差。氣泡和黑點(diǎn)會(huì)導(dǎo)致乙丙橡膠對(duì)光的吸收不均一，從而帶來(lái)色度的誤差。

3 結(jié) 論

(1)色度儀采用光入射模式和背景會(huì)影響乙丙橡膠的色度。反射模式測(cè)定乙丙橡膠的色度，試樣在一定的厚度的條件下、采用白色襯板作為背景，乙丙橡膠的色度與測(cè)得的YI值有相關(guān)性，即正值表示材料呈現(xiàn)黃色，負(fù)值則表示材料呈現(xiàn)藍(lán)色(白色)。

(2)乙丙橡膠的透明程度、樣片的厚度和平整度、氣泡和黑點(diǎn)影響色度值，因此制片應(yīng)盡量保持質(zhì)地均勻，內(nèi)部無(wú)氣泡、表面無(wú)黏污和褶皺。

(3)測(cè)得的YI值可以代表乙丙橡膠色度的相對(duì)值,且不同牌號(hào)的乙丙橡膠的YI值不具有可比性。