IDENTIFIKACE NEZNÁMÉHO VZORKU PRYŽE

LABORATORNÍ CVIČENÍ Z PŘEDMĚTU GUMÁRENSKÁTECHNOLOGIE Ú l o h a č. 6

IDENTIFIKACE NEZNÁMÉHO VZORKU PRYŽE 1.

PŘEDMĚT ÚLOHY

Předmětem úlohy je identifikovat co nejpřesněji složení pryžového vzorku, tj. určit množství základních složek (kaučuku, plniv, nízkomolekulárních látek) a identifikovat typ kaučuku a plniva.

1.1.

PODSTATA ÚLOHY

Podstata úlohy spočívá v identifikaci neznámého vzorku pryže k co nejpřesnějšímu určení složení. K tomu je použito analytických metod, jako jsou TGA, FTIR, XRF, extrakce nízkomolekulárních látek a stanovení popela. 2.

PŘÍSTROJE, POMŮCKY, CHEMIKÁLIE

2.1. 2.2. 2.3. 2.4. 2.5. 2.6.

Neznámý vzorek pryže TGA, FTIR, XRF Destilační aparatura dle Soxhleta Nůžky, skalpel Muflová pec Rukavice

3.

ZKUŠEBNÍ POSTUP

3.1.

STANOVENÍ ROZPOUŠTĚDLOVÉHO EXTRAKTU PRO KAUČUKOVÉ SMĚSI DLE ČSN ISO 1407

Teorie Podstatou zkoušky je extrakce kaučukového vzorku ve vhodném zařízení pomocí vybraného rozpouštědla. Zkouška se provádí jak pro surové kaučuky, tak pro kaučukové směsi. Rozpouštědlový extrakt nám udává množství příměsí v kaučuku nebo kaučukové směsi rozpustných ve vybraném rozpouštědle. Podle množství těchto nekaučukových látek lze usuzovat na čistotu a zpracovatelnost kaučuku. Takovéto příměsi mají velký vliv na pozdější vlastnosti kaučukových směsí. Extrakci lze provádět na aparaturách typu Soxhlet nebo Kumagawa nízkovroucími rozpouštědly (aceton, ethanol, heptan, n-hexan). Obsah rozpouštědlového extraktu lze stanovit přímo z hmotnosti získaného extraktu nebo nepřímo z rozdílu hmotností vzorku před a po extrakci. Postup 1. Vybraný vzorek se nastříhá nebo jinak rozmělní na drobné kousky. 2. Do extrakční patrony se na analytických vahách naváží 2 – 5 g rozmělněného vzorku. 3. Na analytických vahách se zváží suchá a čistá extrakční baňka s varnými kuličkami. 1/5

Do extrakční baňky se odměří asi 150 ml acetonu. Sestaví se destilační aparatura dle Soxhleta podle obrázku. Extrakční baňka se zahřívá na topném hnízdě takovou intenzitou, aby docházelo k neustálému promývání vzorku v extrakční patroně rozpouštědlem. 7. Extrakce probíhá po dobu 3 hodin. 8. Po uplynutí doby extrakce je uzavřen kohout na chladiči a dochází k oddestilování přebytečného rozpouštědla, v extrakční baňce zůstává asi 5 – 10 ml rozpouštědla s extraktem. 9. Baňka s extraktem je umístěna na vodní lázeň, kde je odpařeno zbylé rozpouštědlo a dosušena v sušárně při teplotě 80°C. 10. Patrona se vzorkem je také vysušena v sušárně při 80°C. 11. Zváží se baňka s extraktem i patrona se vzorkem. 12. Spočítá se obsah rozpouštědlového extraktu přímou i nepřímou metodou. 4. 5. 6.

Obr. 1: 1 – chladič, 2 – extraktor, 3 – extrakční baňka

3.2.

TERMOGRAVIMETRICKÁ ANALÝZA

Teorie Metody termické analýzy jsou jedny z nejdůležitějších fyzikálně-chemických technik sloužících k analýze širokého spektra materiálů. Princip těchto metod je jednoduchý – zkoumaný materiál je podroben teplotnímu režimu (ohřev, chlazení nebo konstantní teplota nebo jejich kombinace) a monitorována je změna vlastnosti materiálu (teplota, hmotnost, rozměry, aj.). Nejjednodušší metodou termické analýzy je termogravimetrická analýza. Jedná se o metodu, v níž je vzorek vystaven tepelnému namáhání, a na citlivých mikrováhách je sledována změna jeho hmotnosti. Termogravimetrie snadno a rychle stanovuje tepelnou nebo tepelně-oxidační stabilitu vzorku, pomocí analýzy kroků degradace materiálu je pak možno usuzovat na jeho složení, obsah vlhkosti, obsah organické hmoty a anorganické hmoty. Složitější experimenty pak umožňují také odhad časové stability některých materiálů při zvolené teplotě. Měřit lze od laboratorní teploty do vysokých teplot (1000 až 1600°C) podle typu přístroje v různých atmosférách. Volíme buďto prostředí inertní (N, Ar, He) nebo oxidační (vzduch, O). 2/5

Postup 1. Připravíme přístroj pro měření: a. Pustíme plyn a zkontrolujeme nastavení ventilů a tlak. b. Zapneme kompresor. c. Zapneme přístroj a počítač. d. Spustíme ovládací program a zadáme parametry měření. e. Vytárujeme misku. 2. Na analytických vahách si navážíme asi 15 mg vzorku. 3. Do vytárované misky umístíme vzorek a spustíme měření. 4. Po ukončení měření si uložíme data a vypneme přístroj a počítač. 5. Nakonec uzavřeme přívod plynu a vypneme kompresor. 6. Na TG křivce vyhodnotíme tepelnou stabilitu vzorku, obsah sazí a minerálních plniv, apod.

3.3.

IDENTIFIKACE PRYŽE POMOCÍ FTIR

Teorie Infračervená spektroskopie patří do skupiny nedestruktivních analytických metod, kdy zkoumaný vzorek není analýzou nikterak poškozen, a přesto poskytuje informaci o svém složení. Získané hodnoty vibračních energií souvisí s pevností chemických vazeb a také s molekulovou geometrií a hmotnostmi jader, tedy s molekulovou strukturou. Tyto skutečnosti předurčují infračervenou spektroskopii jako vynikající experimentální techniku, která vedle kvantitativní a kvalitativní analýzy hraje důležitou roli při výzkumu molekulové dynamiky, chemických vlastností molekul, vlivu prostředí na studované molekuly a mnoho jiných oblastí. Přestože infračervená spektroskopie je využívána při analýze makroskopických vzorků, její podstatou je interakce mikročástic (molekul) tvořících tento makroskopický vzorek s infračerveným zářením. Pro korektní teoretický rozbor infračervené spektroskopie je tedy nutné použít pouze kvantově-mechanický přístup. Podstatou infračervené spektroskopie je interakce infračerveného záření se studovanou hmotou, kdy v případě pohlcení fotonu studovanou hmotou mluvíme o absorpční infračervené spektroskopii a v případě vyzáření fotonu o emisní infračervené spektroskopii. Infračerveným zářením rozumíme elektromagnetické záření v rozsahu vlnočtů (nejpoužívanější jednotkou v infračervené spektroskopii je vlnočet, který je svázán s vlnovou délkou vztahem v% 1/a s frekvencí v% / c ) 12 500 až 20 cm-1 a vlnových délek 800 nm až 0,5 mm.Infračervené záření tedy navazuje na záření viditelné na jedné straně a na záření mikrovlnné na straně druhé. Podle vžité konvence infračervenou spektroskopii z praktických důvodů dělíme podle vlnových délek záření na dalekou (FIR z angl. far infrared), střední (MIR z angl. Middle infrared) a blízkou (NIR z angl. near infrared). Pro identifikaci a určování chemické struktury má největší význam střední infračervená oblast (4000-200 cm-1) [1]. Postup 1. Připravíme přístroj na měření a. Zapne se počítač b. Spustí se program OMNIC c. Vybere se metoda ATR 2. Změří se pozadí v místnosti 3/5

3. 4. 5.

3.4.

Připravený vzorek se položí na krystal, přitlačí se a spustí se měření Výsledek měření se uloží ve formátu programu OMNIC .SPA a jako textový soubor .CVS Výsledné spektra se porovnají s databází

STANOVENÍ OBSAHU POPELA DLE ČSN ISO 247

Teorie Obsah popela v kaučucích udává množství obsažených anorganických nerozpustných nečistot. Tyto látky se do přírodního kaučuku dostávají nejčastěji při koagulaci latexu a následném zpracování kaučukových plátů, do syntetických kaučuků se mohou dostat při výrobě nebo následném zpracování. V kaučukových směsích hodnota obsahu popela udává přibližnou hodnotu obsahu minerálních látek (plnivy, ZnO, apod.). Postup 1. V muflové peci necháme přežíhat porcelánové nebo skleněné kelímky při teplotě alespoň 550°C po dobu 30 minut. 2. Na analytických vahách zvážíme přežíhaný a vychladnutý kelímek. 3. Na analytických vahách navážíme do kelímku asi 2 g vzorku rozmělněného na drobné části. 4. Kelímek se vzorkem opatrně spálíme nad plynovým kahanem a poté žíháme v muflové peci 30 minut při 950oC. 5. Po částečném vychladnout na kovové síťce (cca 5 min) jej umístíme do exsikátoru a po vychladnutí na pokojovou teplotu zvážíme.

3.5.

X-RAY FLUORESCENCE - XRF

Teorie Je to metoda, při které jsou ze zkoumaného materiálu vybuzeny emisní charakteristiky sekundárních (fluorescentních) rentgenových paprsků bombardováním tohoto materiálu vysoce energetickými rentgenovými nebo gama paprsky. Jev je široce používán k elementární analýze a chemické analýze, částečně při zkoumání kovů, skla, keramiky a stavebních materiálů. Také se často používá v geochemii, forenzní vědě a archeologii. 4.

VYHODNOCENÍ ZKOUŠKY

4.1. TGA Vyhodnocením metody TGA je výsledek obsahu kaučuku/kaučuků, množství popela, množství sazí v %. 4.2. Stanovení extraktu Vyhodnocením zkoušky je zjištění obsahu nízkomolekulárních látek ve vzorku v %.

4/5

4.3. FTIR Vyhodnocením metody je zjištění typu kaučuku a případně bílého plniva v neznámém vzorku. 4.4. Stanovení popela Touto metodou zjistíme množství nespalitelných zbytků, jako jsou bílé plniva a oxidy kovů

ZÁPIS O ÚLOZE

5. 5.1. 5.2. 5.3. 5.4. 5.5. 5.6. 5.7.

Datum, kdo a kdy úlohu prováděl, označení neznámého vzorku Podmínky měření jednotlivých zkoušek Výsledky zkoušek (tabulkově, graficky) Srovnání se standardy pokud je potřeba Proveďte diskuzi nad výsledky Sestavte výslednou recepturu směsi v procentech a v DSK Závěr 6.

ODKAZ NA NORMY

ISO 37 ASTM D412 DIN53504 ISO 48 ISO 7619 ASTM D2240 DIN 53519-1 1.

Rubber, vulcanized or thermoplastic -- Determination of tensile stress-strain properties (2005) Standard Test Methods for Vulcanized Rubber and Thermoplastic Elastomers—Tension () Determination of tensile strength at break, tensile stress at yield, elongation at break and stress values of rubber in a tensile test (1994) Rubber, vulcanized or thermoplastic -- Determination of hardness (hardness between 10 IRHD and 100 IRHD) Rubber, vulcanized or thermoplastic -- Determination of indentation hardness - Part 1: Durometer method (Shore hardness) Standard Test Method for Rubber Property—Durometer Hardness Testing of elastomers; determination of indentation hardness of soft rubber (IRHD); hardness testing on standard specimens http://old.vscht.cz/anl/lach1/7_IC.pdf

5/5