轮胎橡胶中挥发性有机化合物的溯源及配方优化
橡胶以优良的耐磨性，回弹性，加工性能，良好的弹性以及可充气性等优点，被广泛的应用于汽车轮胎制造领域。通常在每个车辆都会有备胎，尤其家用小型轿车的备胎放置于后备箱时，轮胎橡胶中的挥发性有机化合物(VOCs)会挥发到车内，威胁乘车人员的身体健康，因此，亟待一种新型低VOCs轮胎橡胶解决备胎对汽车室内空气质量的影响。降低轮胎橡胶中的VOCs的前提是需要对VOCs进行准确检测。GC-MS技术具有高通量，高灵敏度，高分离能力等优点，被广泛应用于挥发性有机化合物的检测研究。本文基于气相色谱串联质谱对轮胎橡胶VOCs进行检测和溯源，并不断改善橡胶配方，降低轮胎橡胶VOCs。所取得的成果如下: (1)开发了超声辅助溶剂萃取法和顶空采样法结合GC-MS对轮胎橡胶中的VOCs进行了筛查。共筛查出38中物质，包含28种VOCs和10种SVOCs。结合VOCs的毒性、含量和气味特征，确定了苯酚、苯并噻唑、2，2，4，6，6-五甲基-3-庚烯、2，4，4-三甲基-1-戊烯、1，2-二氢-2，2，4-三甲基喹啉和对特辛基苯酚共6种高度关注物质。为了探究高度关注挥发性有机化合物的来源，收集了炼制轮胎橡胶的原材料，对原材料在相同条件下进行了分析，推测了轮胎橡胶产生VOCs的可能途径，确定了挥发性有机化合物的来源。 (2)为了改进轮胎橡胶配方，得到低VOCs轮胎橡胶，首先通过UASE-GC-MS对不同型号原材料进行了VOCs分析对比，并通过原材料逐步替换的方式，进行配方优化，以降低轮胎橡胶的VOCs。结果发现天然橡胶31、增粘树脂C和促进剂TBzTD更加有利于轮胎橡胶VOCs的降低，低VOCs轮胎橡胶TVOC的定量结果显示VOCs含量为0.007mg/g，较原始的轮胎配方VOCs含量降低了42.89％。对低VOCs轮胎橡胶硬度、拉伸强度、定伸伸长率等力学性能进行了测试，结果表明力学性能都有不同程度的增长，符合轮胎厂家对轮胎橡胶的要求。并进一步考察了轮胎放置过程中VOCs释放情况，发现50小时内轮胎橡胶VOCs挥发较多，50h后橡胶的VOCs含量逐渐趋于平稳，对轮胎厂家的轮胎储存时间具有指导意义。 (3)为了开发杜仲胶提取后残余物的利用，通过乙酸乙酯提取残余物得到的杜仲树脂添加到橡胶中，发现杜仲树脂能够提供增塑作用和一定的防老化作用，因此通过GC-MS分析了杜仲树脂成分和橡胶力学性能改变的关系，并对杜仲树脂部分有效组分进行了定量分析。通过HS-GC-MS比较了不含增塑剂、含有杜仲树脂和含有古马隆树脂的三类橡胶VOCs含量，结果表明，杜仲树脂能够在一定程度上改善橡胶VOCs含量，特别是丙酮和苯乙烯两种物质，分别减少了27％和21％。
轮胎橡胶;挥发性有机化合物;污染溯源;配方优化
北京化工大学
硕士
化学
杜振霞
2021
中文
TQ336.1
2021-09-24（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）