ГОСТ Р ИСО 21561-2-2023
НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
КАУЧУКИ БУТАДИЕН-СТИРОЛЬНЫЕ
Определение микроструктуры бутадиен-стирольных каучуков растворной полимеризации
Часть 2
Метод ИК-спектрометрии нарушенного полного внутреннего отражения с преобразованием Фурье
Styrene-butadiene rubbers. Determination of the microstructure of solution-polymerized styrene-butadiene rubbers. Part 2. Fourier transform infrared spectrometry with attenuated total reflection method
ОКС 83.060
Дата введения 2024-07-01
Предисловие
1 ПОДГОТОВЛЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 160 "Продукция нефтехимического комплекса" на основе собственного перевода на русский язык англоязычной версии стандарта, указанного в пункте 4
2 ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 160 "Продукция нефтехимического комплекса"
3 УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 14 июля 2023 г. N 541-ст
4 Настоящий стандарт идентичен международному стандарту ИСО 21561-2:2016* "Бутадиен-стирольный каучук (SBR). Определение микроструктуры SBR растворной полимеризации. Часть 2. Метод ИК-спектрометрии нарушенного полного внутреннего отражения с преобразованием Фурье" [ISO 21561-2:2016 "Styrene-butadiene rubber (SBR) - Determination of the microstructure of solution-polymerized SBR - Part 2: FTIR with ATR method", IDT].
Стандарт разработан подкомитетом ПК 2 "Испытания и анализ" Технического комитета ТК 45 "Каучук и резиновые изделия" Международной организации по стандартизации (ИСО).
Наименование настоящего стандарта изменено относительно наименования указанного международного стандарта для приведения в соответствие с ГОСТ Р 1.5-2012 (пункт 3.5).
При применении настоящего стандарта рекомендуется использовать вместо ссылочных международных стандартов соответствующие им межгосударственные стандарты, сведения о которых приведены в дополнительном приложении ДА
5 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ
Правила применения настоящего стандарта установлены в статье 26 Федерального закона от 29 июня 2015 г. N 162-ФЗ "О стандартизации в Российской Федерации". Информация об изменениях к настоящему стандарту публикуется в ежегодном (по состоянию на 1 января текущего года) информационном указателе "Национальные стандарты", а официальный текст изменений и поправок - в ежемесячном информационном указателе "Национальные стандарты". В случае пересмотра (замены) или отмены настоящего стандарта соответствующее уведомление будет опубликовано в ближайшем выпуске ежемесячного информационного указателя "Национальные стандарты". Соответствующая информация, уведомление и тексты размещаются также в информационной системе общего пользования - на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет (www.rst.gov.ru)
Предупреждение 1 - Пользователи настоящего стандарта должны быть знакомы с нормальной лабораторной практикой. В настоящем стандарте не предусмотрено рассмотрения всех вопросов обеспечения безопасности, связанных с его применением. Пользователь настоящего стандарта несет ответственность за установление безопасности и охраны здоровья, а также определяет целесообразность применения законодательных ограничений перед его использованием.
Предупреждение 2 - Некоторые процедуры, описанные в настоящем стандарте, могут включать использование или образование веществ, или образование отходов, которые могут представлять опасность для окружающей среды. Следует использовать документацию по безопасному обращению и утилизации данных веществ после использования.
1 Область применения
Настоящий стандарт устанавливает метод количественного определения микроструктуры бутадиеновой части и содержания стирольных звеньев в бутадиен-стирольных каучуках растворной полимеризации (S-SBR) с использованием ИК-спектрометрии нарушенного полного внутреннего отражения (ATR) с преобразованием Фурье (FTIR) (далее - FTIR ATR-спектрометрии). Содержание стирольных звеньев выражают в процентах по массе относительно всего полимера. Содержание винильных, транс- и цис-звеньев выражают в молярных процентах относительно бутадиена. Метод применим только для каучуков.
Примечание 1 - Прецизионность, приведенная в приложении А, не может быть достигнута для S-SBR с блок-сополимером полистирола или с содержанием стирольных звеньев более 45% масс.
Примечание 2 - В настоящем стандарте используют термины "винильные звенья", "транс-звенья" и "цис-звенья". Однако общепринятые выражения "винил", "транс" и "цис" означают следующее:
- винил: винильное звено, винильная связь, 1,2-звено, 1,2-связь, 1,2-винильная группа или 1,2-винильная связь;
- транс: 1,4-транс-звено, 1,4-транс-связь, транс-1,4-звено или транс-1,4-связь;
- цис: 1,4-цис-звено, 1,4-цис-связь, цис-1,4-звено или цис-1,4-связь.
2 Нормативные ссылки
В настоящем стандарте использована нормативная ссылка на следующий стандарт [для датированных ссылок применяют только указанное издание ссылочного стандарта, для недатированных - последнее издание (включая все изменения)]:
ISO 1795, Rubber, raw natural and raw synthetic - Sampling and further preparative procedures (Каучук натуральный и синтетический. Отбор проб и дальнейшие подготовительные процедуры)
3 Сущность метода
Измеряют ИК-спектр образца S-SBR с помощью FTIR ATR-спектрометрии. По специальным формулам определяют содержание стирольных звеньев и микроструктуры каждого компонента бутадиеновой части, используя оптические плотности, характерные для каждого компонента на определенных длинах волн.
4 Аппаратура
4.1 FTIR-спектрометр со следующими характеристиками:
- детектор: триглицинсульфат дейтерия (DTGS) или триглицинсульфат (TGS);
- количество сканов: 32;
4.2 Приставка ATR со следующими характеристиками:
- тип: однократное отражение ATR;
- кристалл: алмаз;
- угол падения: 45°;
- прижимное устройство для образца с вогнутым или плоским зажимом, способное поддерживать постоянное давление на образец. Рекомендуется использовать динамометрический ключ.
5 Калибровка
5.1 FTIR-спектрометр
Регулируют оптическую систему ИК-спектрометра в соответствии с инструкцией изготовителя.
5.2 Приставка ATR
Устанавливают приставку ATR в камере для образцов FTIR-спектрометра и регулируют оптическую систему приставки ATR в соответствии с инструкцией изготовителя.
6 Отбор проб
6.1 Готовят пробу по ИСО 1795.
Примечание - Экстракция обычных масел растворителем не требуется.
6.2 Отрезают испытуемый образец от пробы. Образец должен иметь плоскую поверхность, обеспечивающую хороший контакт с кристаллом приставки ATR, и иметь приблизительно такой же размер, как кристалл, обычно несколько квадратных миллиметров.
7 Измерение спектра ATR
7.1 Настраивают FTIR-спектрометр в соответствии с инструкцией изготовителя.
7.2 Устанавливают приставку ATR в камере для образцов FTIR-спектрометра.
7.3 Измеряют фоновый спектр при условиях по 4.1.
7.4 Помещают образец на кристалл ATR и максимально плотно прижимают его к поверхности кристалла, предпочтительно используя прижимное устройство, указанное в 4.2. Контакт между образцом и кристаллом влияет на значение оптической плотности спектра ATR.
7.5 Измеряют спектр образца при условиях по 4.1.
8 Определение микроструктуры бутадиеновой части и содержания стирольных звеньев
8.1 Измерение оптической плотности для каждого компонента микроструктуры
Измеряют значения оптической плотности при волновых числах, соответствующих компонентам микроструктуры, как указано в таблице 1. Пики поглощения цис-звеньев являются слабыми и на положение пиков влияет содержание стирольных звеньев в полимере. Пример спектра ATR типичного S-SBR показан на рисунке 1.
Таблица 1 - Измерение оптической плотности для каждого компонента микроструктуры S-SBR
Обозначение оптической плотности | Компонент микроструктуры | Примечание |
А10 | Стирол | Измеряют оптическую плотность в максимуме пика в диапазоне от 695 до 700 см |
А20 | цис-звенья | На волновое число в этом максимуме пика влияет природа полимера, например содержание стирола. Когда максимум пика виден, измеряют оптическую плотность в максимуме пика в диапазоне от 720 до 730 см . Если содержание стирольных звеньев более 30%, пик цис -связи скрывается между двумя большими пиками стирола при 758 см и примерно при 698 см . В этом случае измеряют оптическую плотность при 726 см |
А30 | Стирол | Измеряют оптическую плотность в максимуме пика в диапазоне от 755 до 761 см |
А40 | Винильные звенья | Измеряют оптическую плотность в максимуме пика в диапазоне от 905 до 912 см |
А50 | транс-звенья | Измеряют оптическую плотность в максимуме пика в диапазоне от 962 до 967 см |
А60 | Винильные звенья | Измеряют оптическую плотность в максимуме пика в диапазоне от 991 до 996 см |
А70 | Базовая линия | Измеряют оптическую плотность при 1200 см как нулевую точку каждого значения оптической плотности |
Рисунок 1 - Спектр ATR типичного S-SBR
8.2 Вычисление микроструктуры
8.2.1 Общие положения
Вычисляют микроструктуру S-SBR по формулам регрессии и измеренным значениям оптической плотности спектров ATR каждого образца. Формулы регрессии получены по результатам статистического анализа спектров ATR различных образцов S-SBR с известной микроструктурой. После корректировки базовой линии спектров ATR получают значения коэффициента поглощения соответствующих оптических плотностей в качестве параметра для вычисления микроструктуры. Микроструктуру вычисляют путем подстановки значений этого параметра в формулы регрессии.
8.2.2 Корректировка базовой линии каждого пика поглощения
Вычисляют поглощение каждого пика A11-A61 со скорректированной базовой линией по формулам (1)-(6):
A11=A10-A70; (1)
A21=A20-A70; (2)
A31=A30-A70; (3)
A41=A40-A70; (4)
A51=A50-A70; (5)
A61=A60-A70. (6)
8.2.3 Коэффициент поглощения
Вычисляют коэффициенты поглощения A12-A62 по формулам (7)-(12):
8.2.4 Члены второго порядка
Вычисляют члены второго порядка как квадраты коэффициентов поглощения A12-A62.
8.2.5 Вычисление содержания стирольных звеньев и микроструктуры в процентах по массе по формулам регрессии
Вычисляют содержание каждого компонента микроструктуры S-SBR по формулам регрессии (13)-(16):
8.2.6 Вычисление микроструктуры в молярных процентах
Вычисляют содержание каждого компонента микроструктуры бутадиеновой части S-SBR по формулам (17)-(19):
где V - содержание винильных звеньев в бутадиеновой части S-SBR, % мол.;
C - содержание цис-звеньев в бутадиеновой части S-SBR, % мол.
9 Прецизионность
Прецизионность метода приведена в приложении А.
10 Протокол испытаний
Протокол испытаний должен содержать:
a) описание образца:
1) полную идентификацию образца и его происхождения;
2) способ приготовления испытуемого образца из пробы, при необходимости;
b) обозначение настоящего стандарта;
c) сведения об отклонениях от указанной процедуры;
d) результаты испытания:
1) количество использованных образцов;
2) результаты определений, выраженные в процентах и округленные до первого десятичного знака;
e) дату проведения испытаний.
Приложение A
(справочное)
Прецизионность, установленная по результатам программы межлабораторных испытаний
A.1 Общие положения
Программа межлабораторных испытаний (ITP) была проведена в 2014 г.
Все расчеты для повторяемости и воспроизводимости выполнены в соответствии с ISO/TTR 9272 [2]. Термины и номенклатура прецизионности также приведены в ISO/TR 9272.
A.2 Прецизионность, установленная по результатам программы межлабораторных испытаний
A.2.1 Детали программы
ITP организована и проведена в Японии в 2014 г. Испытуемые образцы были подготовлены в одной лаборатории и отправлены 16 лабораториям-участникам.
В программе использовали два типа S-SBR каучука, обозначенные S-33 и S-34.
Количество лабораторий, которые представили данные прецизионности для каждого свойства, указано в таблицах A.1-A.4. Количество участвующих лабораторий в этих таблицах является окончательным после исключения значений определенных лабораторий как выбросов.
A.2.2 Результаты определения прецизионности
Результаты прецизионности приведены в таблицах A.1-A.4.
Повторяемость r метода установлена как соответствующее значение, приведенное в таблицах A.1-A.4. Два отдельных результата испытания, расхождение между которыми превышает указанное значение, считают сомнительными и требующими принятия корректирующих действий.
Воспроизводимость R метода установлена как соответствующее значение, приведенное в таблицах A.1-A.4. Два отдельных результата испытания, расхождение между которыми превышает указанное значение, считают сомнительными и требующими принятия корректирующих действий.
Показатели прецизионности не следует использовать для принятия или отклонения какой-либо группы материалов без документального свидетельства о том, что они применимы к конкретной группе материалов и конкретным протоколам испытаний.
В таблицах A.1-A.4 использованы следующие обозначения:
r - повторяемость, единицы измерения;
(r) - повторяемость, проценты от среднего значения;
R - воспроизводимость, единицы измерения;
(R) - воспроизводимость, проценты от среднего значения.
Таблица A.1 - Прецизионность определения содержания стирольных звеньев в S-SBR
Образец | Среднее значение, % | r | (r) | R | (R) | Число лабораторий | ||
S-33 | 24,8 | 0,80 | 0,65 | 2,61 | 0,64 | 1,80 | 7,27 | 14 |
S-34 | 34,5 | 0,12 | 0,35 | 1,00 | 0,60 | 1,69 | 4,91 | 15 |
Количество лабораторий после удаления выбросов (в ITP участвовали 16 лабораторий). |
Таблица A.2 - Прецизионность определения содержания винильных звеньев в S-SBR
Образец | Среднее значение, % | r | (r) | R | (R) | Число лабораторий | ||
S-33 | 61,1 | 0,35 | 1,00 | 1,64 | 0,80 | 2,25 | 3,69 | 14 |
S-34 | 42,3 | 0,20 | 0,55 | 1,31 | 0,81 | 2,30 | 5,44 | 15 |
Количество лабораторий после удаления выбросов (в ITP участвовали 16 лабораторий). |
Таблица A.3 - Прецизионность определения содержания транс-звеньев в S-SBR
Образец | Среднее значение, % | r | (r) | R | (R) | Число лабораторий | ||
S-33 | 21,9 | 0,16 | 0,45 | 2,07 | 0,26 | 0,73 | 3,35 | 12 |
S-34 | 33,8 | 0,14 | 0,38 | 1,13 | 0,47 | 1,34 | 3,97 | 12 |
Количество лабораторий после удаления выбросов (в ITP участвовали 16 лабораторий). |
Таблица A.4 - Прецизионность определения содержания цис-звеньев в S-SBR
Образец | Среднее значение, % | r | (r) | R | (R) | Число лабораторий | ||
S-33 | 17,0 | 0,21 | 0,58 | 3,43 | 0,74 | 2,10 | 12,38 | 13 |
S-34 | 23,5 | 0,24 | 0,69 | 2,95 | 0,95 | 2,69 | 11,45 | 13 |
Количество лабораторий после удаления выбросов (в ITP участвовали 16 лабораторий). |
Приложение B
(справочное)
Выведение формул регрессии для определения микроструктуры
B.1 Формулы регрессии для определения микроструктуры каучука получены методами частных наименьших квадратов (PLS).
Таблица B.1 - Микроструктура образцов, использованных для регрессионного анализа методом PLS
Образец | Содержание стирольных звеньев в S-SBR, % масс. | Содержание винильных звеньев в бутадиеновой части, % мол. | Содержание транс-звеньев в бутадиеновой части, % мол. | Содержание цис-звеньев в бутадиеновой части, % мол. |
R-01 | 18,1 | 10,2 | 52,2 | 37,6 |
R-02 | 25,7 | 10,3 | 53,8 | 35,9 |
R-03 | 20,7 | 62,8 | 21,4 | 15,7 |
R-04 | 4,8 | 20,1 | 46,4 | 33,5 |
R-05 | 23,2 | 32,6 | 42,2 | 25,2 |
R-06 | 13,4 | 48,1 | 30,9 | 21,0 |
R-07 | 0,0 | 10,6 | 51,9 | 37,5 |
R-08 | 24,8 | 34,5 | 39,7 | 25,8 |
R-09 | 41,4 | 46,1 | 31,2 | 22,7 |
R-10 | 34,7 | 56,4 | 24,0 | 19,5 |
R-11 | 36,3 | 41,3 | 33,9 | 24,8 |
R-12 | 41,9 | 34,5 | 39,8 | 25,7 |
R-13 | 26,2 | 9,9 | 53,7 | 36,4 |
R-14 | 0,0 | 55,9 | 24,6 | 19,5 |
R-15 | 0,0 | 70,5 | 16,7 | 12,8 |
R-16 | 8,6 | 37,3 | 37,8 | 24,9 |
R-17 | 4,9 | 77,2 | 12,5 | 10,4 |
R-18 | 25,5 | 49,2 | 29,2 | 21,7 |
R-19 | 29,7 | 30,0 | 44,6 | 25,4 |
Примечание - Значения микроструктуры получены с использованием Н-ЯМР- и С-ЯМР-спектрометрии. |
B.3 Измеряли спектры ATR образцов в соответствии с разделом 7. Измерения проводили в семи лабораториях по одному разу.
B.4 Измеренные значения оптической плотности спектров ATR преобразовали в коэффициенты поглощения по 8.1-8.2.3.
B.5 Вычисляли члены второго порядка как квадраты значений A12-A62. Значения A12-A62 и их квадраты использовали в качестве независимых переменных в регрессионном анализе методом PLS (см. 8.2.4).
B.6 Формулы регрессии (13)-(16) для определения микроструктуры, приведенные в разделе 8, были получены следующим образом:
_______________
b) значения содержания стирольных, винильных, транс- и цис-звеньев 19 образцов, полученные методами ЯМР по B.2, использовали в качестве зависимых переменных в методе PLS.
c) значения, полученные из оптических плотностей ATR спектров соответствующими лабораториями по В.5, использовали в качестве независимых переменных в методе PLS;
d) коэффициенты, полученные с помощью регрессионного анализа методом PLS, соответствуют коэффициентам в формулах (13)-(16) для содержания стирольных, винильных, транс- и цис-звеньев (см. 8.2.5).
Приложение C
(справочное)
Определение микроструктуры методом ЯМР-спектрометрии
C.1 Общие положения
V - содержание винильных звеньев в бутадиеновой части S-SBR, мол. %;
G - содержание транс- и цис-звеньев в бутадиеновой части S-SBR, % мол;
- концентрация образца: 50 мг/мл;
- температура измерения: комнатная температура;
- количество точек данных: 32000;
- смещение: 100 ppm;
- ширина развертки: 250 ppm;
- ширина импульса: 30°;
- время повторения: 3 с;
- количество сканирований: 5000 раз;
- количество холостых сканирований: 4 раза;
- скорость вращения: 15 Гц;
- регулировка резонанса эталонного пика до 0,00 ppm для TMS.
Таблица C.1 - Сравнение значений содержания транс- и цис-звеньев, полученных с использованием различных режимов определения
Содержание компонента микроструктуры, % мол. | Обратная прерываемая развязка (обычно применяют для количественного анализа) | Полная развязка Н (обычно применяют для качественного анализа) |
транс-звенья | 63,2 | 62,4 |
цис-звенья | 36,8 | 37,6 |
Таблица С.2 - Определение областей интеграции сигналов
Область | Диапазон интеграции сигнала |
От точки минимальной интенсивности примерно 24,7 ppm до точки минимальной интенсивности примерно 25,6 ppm | |
От точки минимальной интенсивности примерно 27,1 ppm до точки минимальной интенсивности примерно 27,7 ppm | |
От точки минимальной интенсивности примерно 29,8 ppm до точки минимальной интенсивности примерно 30,7 ppm | |
От точки минимальной интенсивности примерно 32,4 ppm до точки минимальной интенсивности примерно 33,0 ppm | |
От точки минимальной интенсивности примерно 33,8 ppm до точки минимальной интенсивности примерно 34,2 ppm | |
От точки минимальной интенсивности примерно 38,05 ppm до точки минимальной интенсивности примерно 38,35 ppm |
С.3.3 Определение содержания транс- и цис-звеньев
Приложение ДА
(справочное)
Сведения о соответствии ссылочных международных стандартов межгосударственным стандартам
Таблица ДА.1
Обозначение ссылочного международного стандарта | Степень соответствия | Обозначение и наименование соответствующего межгосударственного стандарта |
ISO 1795 | IDT | ГОСТ ISO 1795-2020 "Каучук натуральный и синтетический. Отбор проб и дальнейшие подготовительные процедуры" |
Примечание - В настоящей таблице использовано следующее условное обозначение степени соответствия стандарта: - IDT - идентичный стандарт. |
Библиография
[1] | ISO 21561-1:2015 | Styrene-butadiene rubber (SBR) - Determination of the microstructure of solution-polymerized SBR - Part 1: H-NMR and IR with cast-film method [Бутадиен-стирольный каучук (SBR). Определение микроструктуры SBR растворной полимеризации. Часть 1. Методы протонного магнитного резонанса и ИК-спектрометрии с использованием литой пленки] |
[2] | ISO/TR 9272:2005 | Rubber and rubber products - Determination of precision for test method standards (Каучук и резиновые изделия. Определение прецизионности стандартных методов испытаний) |
_______________
УДК 678.766.2:678.012.4:006.354 | ОКС 83.060 |
Ключевые слова: каучуки бутадиен-стирольные, определение микроструктуры бутадиен-стирольных каучуков растворной полимеризации, метод ИК-спектрометрии нарушенного полного внутреннего отражения с преобразованием Фурье |