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🧪 BS ISO 21561 系列标准规定了溶液聚合苯乙烯-丁二烯橡胶(SBR)微观结构(即苯乙烯含量以及丁二烯各异构体——顺式-1,4、反式-1,4 与 1,2-乙烯基含量)的测定方法。该系列由两部分组成:BS ISO 21561-1 采用 1H-NMR 核磁共振与红外(IR)铸膜法(以 NMR 为绝对方法),BS ISO 21561-2 采用 FTIR 结合衰减全反射(ATR)法。该系列替代了此前发布的 BS ISO 21561:2005+A1:2010,是橡胶配方、聚合工艺控制与产品鉴定中确定 SBR 微结构的重要依据。
| 标准号 | 中文标题 | 测定原理 | 发布年份 |
|---|---|---|---|
| BS ISO 21561-1 | 苯乙烯-丁二烯橡胶(SBR)——溶液聚合SBR微观结构测定——第1部分:1H-NMR与红外(铸膜法) | 1H-NMR(绝对法)+ IR 铸膜法 | 2015 |
| BS ISO 21561-2 | 苯乙烯-丁二烯橡胶(SBR)——溶液聚合SBR微观结构测定——第2部分:FTIR 结合 ATR | FTIR 衰减全反射(ATR) | 2016 |
两篇标准均归属 ICS 83.060(橡胶和橡胶制品),由 ISO/TC 45(橡胶与橡胶制品)制定,英国方面分别由技术委员会 PRI/23(橡胶及非黑色配合剂试验方法)和 PRI/22(橡胶测试与分析)负责国家实施。
溶液聚合 SBR 由苯乙烯和丁二烯共聚而成。苯乙烯以无规方式接入主链;丁二烯则存在三种异构体形式:顺式-1,4、反式-1,4 和 1,2-乙烯基(侧乙烯基)。微观结构测定即确定苯乙烯摩尔分数,以及三种丁二烯异构体的相对比例。这些结构参数与聚合催化体系、聚合温度密切相关,并深刻影响聚合物的加工与使用性能。
第1部分首先给出基于 1H-NMR 的”绝对方法”(absolute method):将 SBR 溶解于氘代溶剂(如氘代氯仿)中,在核磁共振仪上采集氢谱,依据不同结构单元的特征化学位移峰面积,计算苯乙烯、顺式-1,4、反式-1,4 与 1,2-乙烯基的相对摩尔分数。由于 NMR 信号强度与质子数目成正比,该方法不依赖外标校准,因而被视为基准方法。
红外(IR)铸膜法(cast-film method)将 SBR 溶液浇铸成薄膜,测定其特征吸收峰(如苯环骨架振动、丁二烯异构体的特征吸收),借助经验系数或校准曲线计算微结构组成。由于铸膜法需以 NMR 或已知样品校准,其结果的溯源性以 NMR 为基础。
第2部分采用 FTIR 光谱结合衰减全反射(ATR)附件测定微结构。ATR 技术利用红外光在晶体-样品界面的全反射产生倏逝波,使样品表层(微米级)被有效探测,无需制备薄膜,尤其适合快速、无损测定。标准规定了仪器校准(含 FTIR 波数校准与 ATR 校准)、光谱采集条件以及定量计算方法。
标准要求使用已知微结构的 SBR 标准样品建立校准关系,并规定了特征吸收峰的选取与基线处理原则。通过多元校准或特定峰的吸光度比值,结合已知结构参数,可计算出苯乙烯及各丁二烯异构体的含量。结果以质量分数或摩尔分数表示。
| 环节 | 典型要求 | 要点 |
|---|---|---|
| 样品制备 | 溶解/铸膜/直接压片 | 保证样品均一、无气泡与溶剂残留 |
| 仪器校准 | 波数、强度、ATR 附件校准 | 使用标准物质定期校准 |
| 光谱采集 | 分辨率、扫描次数、信噪比 | 保证特征峰可分辨、可重复 |
| 定量计算 | 特征峰面积/吸光度比值 | 使用标准样品建立校准关系 |
报告应给出苯乙烯含量、顺式-1,4、反式-1,4 与 1,2-乙烯基含量的测定结果及所用方法(-1 或 -2),并注明样品标识、测试条件与重复性信息。这些数据对轮胎配方设计(如调节乙烯基含量以平衡滚动阻力与湿抓性能)、聚合工艺监控以及橡胶鉴别具有直接意义。