2012年--高分子材料與工程外文翻譯--通過使用sans方法對溶脹橡膠碳黑系統(tǒng)進行結構分析（譯文）

1、<p>　　中文3600字，2600單詞，13000英文字符</p><p>　　出處：Takenaka M, Nishitsuji S, Amino N, et al. Structure analyses of swollen rubber-carbon black systems by using contrast variation small-angle neutron scattering[

2、J]. Rubber Chemistry and Technology, 2012, 85(2): 157-164.</p><p><b>　　***屆外文翻譯</b></p><p>　　STRUCTURE ANALYSES OF SWOLLEN RUBBER–CARBON BLACK</p><p>　　SYSTEMS BY USING

3、CONTRAST VARIATION SMALL-ANGLE NEUTRON SCATTERING</p><p>　　通過使用SANS方法對溶脹橡膠碳黑系統(tǒng)進行結構分析</p><p>　　院 、 部： 材料與化學工程學院 </p><p>　　學生姓名： </p><p>　　指導教師：

4、 職稱 </p><p>　　專 業(yè)： 高分子材料與工程 </p><p>　　班 級： </p><p>　　完成時間： </p><p>　　通過使用SANS方法對溶脹橡膠碳黑系統(tǒng)進行結構分析</p><p>

5、;　　1高分子化學學科，工學研究科，日本京都大學，京都615-8510，日本</p><p>　　2橫濱-橡膠公司，股份有限公司，2-1 OIWAKI，平冢254-8601，日本</p><p>　　3高級科學研究中心，日本原子能機構，東海，茨城319-1195，日本</p><p>　　橡膠化學與技術，Vol. 85, No. 2, pp. 157–164 (20

6、12)</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　在先前的研究中[ Takenaka等人，在Macromolecules 42 ，308（2009）] ，我們已經(jīng)調(diào)查吸附于硅膠（Si）的粒子在橡膠硅系統(tǒng)的對比度變化小角度中子散射（SANS）方法中的聚合物層。我們已經(jīng)調(diào)查吸收的炭黑（CB）中的橡膠CB系統(tǒng)的對比度變化SANS方法的粒子的聚合物層。

7、標本由具有不同散射長度密度的溶劑腫的散射強度進行了測定。對比度變化SANS為試樣產(chǎn)生局部散射功能：散射函數(shù)為聚合物 - 聚合物相關SPP（Q）時，散射函數(shù)為CB- CB相關的SCC（q）和散射函數(shù)為聚合物-CB相關的SPC（Q ）。SCC（Q）的分析，探討了CB粒子形成的聚集體的結構。SPC（Q）和SCC（Q）的分析，澄清CB周圍聚集密集的聚合物層的存在。幾個特征參數(shù)是從分析，如聚集體的尺寸，層的厚度，且聚合物層和基質(zhì)的體積分數(shù)估計。我

8、們發(fā)現(xiàn)，各地可換股債券總量的吸附層比周圍聚集硅橡膠硅系統(tǒng)較厚。 [DOI ：10.5254/rct.12.89960 ]</p><p><b>　　引 言</b></p><p>　　在我們的日常生活中，橡膠的填料系統(tǒng)通常用于在制造材料如輪胎，皮帶等。1填料通過混合和改進的橡膠膠料的機械和阻隔性能加強的橡膠。最近，在汽車中的能量損耗的減少已經(jīng)在全球變暖對策的最重要

9、的問題之一。以減少在汽車駕駛的能量損耗，以調(diào)查形成于輪胎或橡膠填充物的系統(tǒng)的內(nèi)部結構，并探討了系統(tǒng)的物理特性之間的關系是很重要的。因此，內(nèi)部結構的分析，可以向能量損失的降低。</p><p>　　由于聚合物填料構成的層次結構在很寬的尺度，整個結構的探索是相當困難的。近日，一款超小角度散射技術已成為可供我們測量微米級的順序和各種散射技術相結合，可覆蓋廣泛的尺度在哪里聚合物填料形成層次結構上的結構。在以前的研究中，2

10、-9炭黑（CB）的填料在聚合物中形成的層次結構進行了研究利用中子和X射線的一個組合超小角度和小角度散射法。這些研究探討了CB具有大規(guī)模形特征的網(wǎng)絡結構，聚集體的尺寸和形狀，和CB顆粒的表面形特征。特別是，馬爾等人通過梳理中子和X射線小角度散射法探討了空隙結構的聚乙烯/炭黑系統(tǒng)。10此外，我們最近通過使用對比度變化后述的小角中子散射技術特征的吸附層以及二氧化硅粒子的聚集。11通常，它是困難的聚合物的吸附層從散裝系統(tǒng)的散射特征，由于吸附層和

11、橡膠的基體相之間的散射沒有對比度。然而，通過溶脹的橡膠 - 二氧化硅系統(tǒng)，我們能誘導基質(zhì)相和吸附層之間的對比度，因為溶脹比吸收層的比基體相的小。對于腫系統(tǒng)的對比度變化小角度中子散射技術使我們能夠吸附層定量表征。</p><p>　　表Ⅰ SBR表征工藝</p><p>　　Table I Characterization of SBR</p><p><b&

12、gt;　　a重均分子量；</b></p><p><b>　　b多分散性指數(shù)；</b></p><p>　　c苯乙烯含量重量分數(shù)；</p><p>　　d丁二烯序列中乙烯基含量</p><p>　　在本研究中，我們側(cè)重于一橡膠CB粒子系統(tǒng)，并通過使用對比度變化小角中子散射（ANS）技術表征上CB顆粒的吸附層和

13、表征吸附層以及CB粒子的聚集，網(wǎng)絡結構基質(zhì)等。</p><p><b>　　試驗方法</b></p><p><b>　　樣品</b></p><p>　　我們用聚（苯乙烯 - 無規(guī) - 丁二烯）（SBR;的Nipol1502，日本瑞翁公司制）作為橡膠。SBR的特性列于表I本研究使用的是CB N339黑。估計N339黑的初

14、級粒子的平均尺寸為13納米。在本研究中使用的樣品的組成被列于表Ⅱ。</p><p>　　該化合物通過用班伯里密煉機在1508C混合，然后模塑在1608C50分鐘，使之SBR/ CB片材具有厚度為1毫米。樣品用氘代甲苯，（D-TOL）和tolene（H-TOL）與各種組合物（d-tol/h-tol=100/0，70/30，50/50，30/70的混合物中溶脹，和0/100的體積分數(shù)）。散射長度密度列于表Ⅲ。達到其平

15、衡狀態(tài)（通常是12小時）后，我們安裝成石英細胞進行進一步的散射實驗。</p><p><b>　　SANS的測量</b></p><p>　　我們在日本的研究堆-3（JRR-3）日本原子能開發(fā)機構（JAEA），日本東海進行SANS測量與SANS-J-Ⅱ光譜儀。樣品的溫度設定為278℃。入射光束的波長是0.65納米，其分布為0.12。散射強度是由二維的3 He的位置敏感

16、檢測器進行檢測。樣品到檢測器的距離為2.5米，12米，因此所觀察到的q的范圍，是從0.07納米-1至0.8納米-1，其中q是散射矢量?Q定義的一個數(shù)量級。</p><p>　　表Ⅱ 用于這項研究的組成樣本</p><p>　　Table II Composition of Samples Used in This Study</p><p>　　b TBBS：N

17、-叔丁基-2 - 苯并噻唑亞磺酰胺</p><p>　　圖1 溶脹的橡膠炭黑系統(tǒng)h-tol/d-tol散射圖</p><p>　　FIG.1.— Scattering profiles for rubber–carbon black system swollen by h-tol/d-tol.</p><p>　　為散射角。對所獲得的散射數(shù)據(jù)進行循環(huán)平均，對檢測器的

18、電子噪音、檢測器的靈敏度和不連貫的散色進行校正。</p><p><b>　　溶脹實驗</b></p><p>　　試樣在27℃溶脹在H-TOL12小時，以達到平衡狀態(tài)，然后測量它的體積變化。體積溶脹度Q由Q = VS/V0計算，其中V0和VS分別是溶脹前和溶脹后的體積。</p><p><b>　　結果與討論</b>&l

19、t;/p><p>　　圖1顯示了在膨脹橡膠CB體系與溶劑的散射長度密度的散射輪廓I（q）的變化。散射強度隨H-TOL增加。q依賴I（q）的散射長度密度變化，這表明溶劑對橡膠的溶脹率在空間上是不均勻的，并且網(wǎng)絡密度具有空間波動。</p><p>　　表三 用于這項研究的各部分部件散射長度密度</p><p>　　Table III Scattering Length D

20、ensity of Each Component Used in This Study</p><p>　　我們通過遠藤公司使用開發(fā)的對比度變化的方法分析了散射截面。13-16溶脹橡膠CB體系可以被視為由聚合物，CB，和溶劑三種組分組成的系統(tǒng)，，并且在不可壓縮的條件下，其散射截圖可以被描述為如下：</p><p>　　這里的ai為i組分的散射長度密度(i=P,SBR;C,CB;和T, 溶劑

21、由d-tol和h-tol組成)。Sij(q) 是定義的部分散射函數(shù)</p><p>　　其中，V是入射光的散射驅(qū)散體積，是位置為的i的體積分數(shù)的波動，在這個實驗中，我們從n個不同散射長度密度的相同樣本得到散射強度的矢量。由式2，可以表示為</p><p>　　其中是散射長度密度的差值的矩陣和是局部散射函數(shù)矢量。對于三組分系統(tǒng)，由下式表示</p><p><b&

22、gt;　　其中，</b></p><p><b>　　是給定的：</b></p><p>　　以分解的散射強度為部分散射的功能，我們需要通過單一值分解計算轉(zhuǎn)置矩陣滿足，通過和，可表示為</p><p>　　圖2表示出計算的局部散射功能。SPP(q) 和 SCC(q)呈陽性，而SPC（q）呈陰性。如果不存在吸附層，SBR是通過甲苯溶脹

23、均勻的，SPC（q）可由下式給出</p><p>　　SPC（q）的q的依賴性與SCC（q）是相同的，此處的 SBR是聚合物溶脹網(wǎng)絡的體積分數(shù)。然而，這也表明SCC(q)、SPP(q)和SPC(q) 與圖3中的雙對數(shù)刻度q是相對的，在較低的q區(qū)，SPC（q）的q的依賴性與SCC（q）是不同的，這表明溶脹網(wǎng)絡在空間上是不均勻。如果存在與CB顆粒沒有任何相關性的不均勻區(qū)域，SPC（q）表示CB和SBR之間的互相關為零

24、。因此，我們認為該吸附層的周圍CB顆粒退出。</p><p>　　圖2 從圖1中獲得的橡膠 - 碳黑系統(tǒng)的局部散射功能</p><p>　　FIG.2.— Partial scattering functions of rubber–carbon black systems obtained from Figure 1.</p><p>　　圖3 - 橡膠炭黑系統(tǒng)及

25、其與模型函數(shù)擬合結果的部分散射函數(shù)（實線）</p><p>　　FIG.3.— Partial scattering functions of rubber–carbon black systems and their fitting results with model functions</p><p>　　(solid lines).</p><p>　　為了

26、定量表征吸附層，我們計算出的散射函數(shù)為選自CB顆粒和吸附層上的CB粒子與聚合物的體積分數(shù)聚合的模型，矩陣區(qū)域（區(qū)域）用的聚合物的體積分數(shù)為如圖</p><p>　　圖4 - 橡膠炭黑體系的溶劑溶脹模型的原理圖</p><p>　　FIG.4.— Schematic graph of the model of rubber–carbon black system swollen by sol

27、vent.</p><p>　　根據(jù)該模型，CB FCB（q）及聚合物FP（q）的散射振幅是由表達</p><p>　　其中及分別是區(qū)域和區(qū)域中的散射振幅。局部散射函數(shù)可描述如下</p><p>　　部分散射函數(shù)SCC（q）可以由對象用鋒利的接口和回轉(zhuǎn)半徑來表示，如CB粒子的聚集的模型， 17-19</p><p>　　其中是CB粒子的聚集的

28、回轉(zhuǎn)半徑, A和B表示為</p><p>　　和分別是每單位體積中，CB聚合的數(shù)量，每一個CB的聚集的體積，和每一個CB聚合表面積聚合的數(shù)目。</p><p>　　表IV 產(chǎn)生室內(nèi)裝潢特征參數(shù)</p><p>　　Table IV Characteristic Parameters Yielded From Fitting</p><p>

29、　　區(qū)域散射函數(shù)由回轉(zhuǎn)半徑的對象和廣泛的接口特征的界面厚度表示</p><p>　　其中，C和D由下式給出</p><p>　　Vl和Sl為區(qū)域的體積和界面面積。我們嵌合實驗部分散射的功能與上述的方程。模型函數(shù)可以很好地與SCC（q）和SPP（q）的實驗結果擬合，這表明存在CB粒子吸附層。擬合結果得到的特征參數(shù)。我們將其列于表IV。在表IV中，該吸附層的厚度</p><

30、p>　　作為SPC（q），小的誤差可以由測試。這是因為該模型沒有考慮小部分聚合物在CB粒子內(nèi)。</p><p>　　首先，我們將比較聚合物從SANS實驗與Q從估計的體積分數(shù)。估計溶脹實驗的Q值是2.44。溶劑不能使CB粒子膨脹，但它可以使聚合物鏈膨脹。因此，可由下式從Q中估計給出</p><p><b>　　并認定</b></p><p>

31、;　　接下來，讓我們來分析CB粒子的聚集結構。根據(jù)式18和CB顆粒溶脹橡膠CB系統(tǒng)的體積分數(shù)，我們可以由下面的公式估算每一個CB聚合體的體積VA：</p><p>　　在溶脹實驗，。將代入式18，我們獲得了和。假定CB的初級粒子是半徑為13nm的球形，CB的初級顆粒的體積VCB是，因而在聚合中有8.6的初級粒子。</p><p>　　最后，我們將結果與先前橡膠硅系統(tǒng)中獲得的結果比較。橡膠C

32、B系統(tǒng)的吸附層的厚度比橡膠 - 二氧化硅系統(tǒng)的厚度高出5.3納米。此外，也有接口區(qū)域或聚合物濃度的周圍CB聚集體梯度。盡管該層的厚度將極大地依賴于各種二氧化硅和炭黑中，我們?nèi)钥梢缘贸鼋Y論，CB聚集體具有比二氧化硅聚集體較厚的吸附層，這可能是因為CB和橡膠之間的相容性比二氧化硅和橡膠之間的相容性好。</p><p><b>　　結論</b></p><p>　　我們已經(jīng)

33、通過對比度變化SANS的方法調(diào)查吸附在橡膠-CB體系的CB粒子的聚合物層。標本由具有不同散射長度密度和SANS的測量強度溶脹溶劑。散射函數(shù)為聚合物 - 聚合物相關的SPP（q），CBCB相關的SCC（q）和聚合物-CB相關的SPC（q） 時，我們通過使用奇異值分解計算出的局部散射功能。通過對SPC（q）和SCC（q）的分析，探討了存在致密的聚合物層在CB周圍。 SCC（q）反映了CB粒子形成的層次結構。通過定量地表征吸附層，我們計算了包