2012年--高分子材料與工程外文翻譯--通過(guò)使用sans方法對(duì)溶脹橡膠碳黑系統(tǒng)進(jìn)行結(jié)構(gòu)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(guò)使用SANS方法對(duì)溶脹橡膠碳黑系統(tǒng)進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析</p><p>　　院 、 部： 材料與化學(xué)工程學(xué)院 </p><p>　　學(xué)生姓名： </p><p>　　指導(dǎo)教師：

4、 職稱 </p><p>　　專 業(yè)： 高分子材料與工程 </p><p>　　班 級(jí)： </p><p>　　完成時(shí)間： </p><p>　　通過(guò)使用SANS方法對(duì)溶脹橡膠碳黑系統(tǒng)進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析</p><p>

5、;　　1高分子化學(xué)學(xué)科，工學(xué)研究科，日本京都大學(xué)，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(jí)科學(xué)研究中心，日本原子能機(jī)構(gòu)，東海，茨城319-1195，日本</p><p>　　橡膠化學(xué)與技術(shù)，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(duì)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(duì)比度變化SANS方法的粒子的聚合物層。

7、標(biāo)本由具有不同散射長(zhǎng)度密度的溶劑腫的散射強(qiáng)度進(jìn)行了測(cè)定。對(duì)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(guān)SPP（Q）時(shí)，散射函數(shù)為CB- CB相關(guān)的SCC（q）和散射函數(shù)為聚合物-CB相關(guān)的SPC（Q ）。SCC（Q）的分析，探討了CB粒子形成的聚集體的結(jié)構(gòu)。SPC（Q）和SCC（Q）的分析，澄清CB周?chē)奂芗木酆衔飳拥拇嬖?。幾個(gè)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?jǐn)?shù)估計(jì)。我

8、們發(fā)現(xiàn)，各地可換股債券總量的吸附層比周?chē)奂柘鹉z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(guò)混合和改進(jìn)的橡膠膠料的機(jī)械和阻隔性能加強(qiáng)的橡膠。最近，在汽車(chē)中的能量損耗的減少已經(jīng)在全球變暖對(duì)策的最重要

9、的問(wèn)題之一。以減少在汽車(chē)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(jié)構(gòu)，并探討了系統(tǒng)的物理特性之間的關(guān)系是很重要的。因此，內(nèi)部結(jié)構(gòu)的分析，可以向能量損失的降低。</p><p>　　由于聚合物填料構(gòu)成的層次結(jié)構(gòu)在很寬的尺度，整個(gè)結(jié)構(gòu)的探索是相當(dāng)困難的。近日，一款超小角度散射技術(shù)已成為可供我們測(cè)量微米級(jí)的順序和各種散射技術(shù)相結(jié)合，可覆蓋廣泛的尺度在哪里聚合物填料形成層次結(jié)構(gòu)上的結(jié)構(gòu)。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(jié)構(gòu)進(jìn)行了研究利用中子和X射線的一個(gè)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(luò)結(jié)構(gòu)，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(guò)梳理中子和X射線小角度散射法探討了空隙結(jié)構(gòu)的聚乙烯/炭黑系統(tǒng)。10此外，我們最近通過(guò)使用對(duì)比度變化后述的小角中子散射技術(shù)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(méi)有對(duì)比度。然而，通過(guò)溶脹的橡膠 - 二氧化硅系統(tǒng)，我們能誘導(dǎo)基質(zhì)相和吸附層之間的對(duì)比度，因?yàn)槿苊洷任諏拥谋然w相的小。對(duì)于腫系統(tǒng)的對(duì)比度變化小角度中子散射技術(shù)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?jǐn)?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(guò)使用對(duì)比度變化小角中子散射（ANS）技術(shù)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(luò)結(jié)構(gòu)基質(zhì)等。</p><p><b>　　試驗(yàn)方法</b></p><p><b>　　樣品</b></p><p>　　我們用聚（苯乙烯 - 無(wú)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(jì)N339黑的初

14、級(jí)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(guò)用班伯里密煉機(jī)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?jǐn)?shù)）。散射長(zhǎng)度密度列于表Ⅲ。達(dá)到其平

15、衡狀態(tài)（通常是12小時(shí)）后，我們安裝成石英細(xì)胞進(jìn)行進(jìn)一步的散射實(shí)驗(yàn)。</p><p><b>　　SANS的測(cè)量</b></p><p>　　我們?cè)谌毡镜难芯慷?3（JRR-3）日本原子能開(kāi)發(fā)機(jī)構(gòu)（JAEA），日本東海進(jìn)行SANS測(cè)量與SANS-J-Ⅱ光譜儀。樣品的溫度設(shè)定為278℃。入射光束的波長(zhǎng)是0.65納米，其分布為0.12。散射強(qiáng)度是由二維的3 He的位置敏感

16、檢測(cè)器進(jìn)行檢測(cè)。樣品到檢測(cè)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(gè)數(shù)量級(jí)。</p><p>　　表Ⅱ 用于這項(xiàng)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(duì)所獲得的散射數(shù)據(jù)進(jìn)行循環(huán)平均，對(duì)檢測(cè)器的

18、電子噪音、檢測(cè)器的靈敏度和不連貫的散色進(jìn)行校正。</p><p><b>　　溶脹實(shí)驗(yàn)</b></p><p>　　試樣在27℃溶脹在H-TOL12小時(shí)，以達(dá)到平衡狀態(tài)，然后測(cè)量它的體積變化。體積溶脹度Q由Q = VS/V0計(jì)算，其中V0和VS分別是溶脹前和溶脹后的體積。</p><p><b>　　結(jié)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(zhǎng)度密度的散射輪廓I（q）的變化。散射強(qiáng)度隨H-TOL增加。q依賴I（q）的散射長(zhǎng)度密度變化，這表明溶劑對(duì)橡膠的溶脹率在空間上是不均勻的，并且網(wǎng)絡(luò)密度具有空間波動(dòng)。</p><p>　　表三 用于這項(xiàng)研究的各部分部件散射長(zhǎng)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(guò)遠(yuǎn)藤公司使用開(kāi)發(fā)的對(duì)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(zhǎng)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?jǐn)?shù)的波動(dòng)，在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中，我們從n個(gè)不同散射長(zhǎng)度密度的相同樣本得到散射強(qiáng)度的矢量。由式2，可以表示為</p><p>　　其中是散射長(zhǎng)度密度的差值的矩陣和是局部散射函數(shù)矢量。對(duì)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(qiáng)度為部分散射的功能，我們需要通過(guò)單一值分解計(jì)算轉(zhuǎn)置矩陣滿足，通過(guò)和，可表示為</p><p>　　圖2表示出計(jì)算的局部散射功能。SPP(q) 和 SCC(q)呈陽(yáng)性，而SPC（q）呈陰性。如果不存在吸附層，SBR是通過(guò)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(luò)的體積分?jǐn)?shù)。然而，這也表明SCC(q)、SPP(q)和SPC(q) 與圖3中的雙對(duì)數(shù)刻度q是相對(duì)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(luò)在空間上是不均勻。如果存在與CB顆粒沒(méi)有任何相關(guān)性的不均勻區(qū)域，SPC（q）表示CB和SBR之間的互相關(guān)為零

24、。因此，我們認(rèn)為該吸附層的周?chē)鶦B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(jié)果的部分散射函數(shù)（實(shí)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(jì)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?jǐn)?shù)聚合的模型，矩陣區(qū)域（區(qū)域）用的聚合物的體積分?jǐn)?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(dá)</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(duì)象用鋒利的接口和回轉(zhuǎn)半徑來(lái)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(gè)CB的聚集的體積，和每一個(gè)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(duì)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(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)結(jié)果擬合，這表明存在CB粒子吸附層。擬合結(jié)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(cè)試。這是因?yàn)樵撃Ｐ蜎](méi)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(shí)驗(yàn)與Q從估計(jì)的體積分?jǐn)?shù)。估計(jì)溶脹實(shí)驗(yàn)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(jì)給出</p><p><b>　　并認(rèn)定</b></p><p>

31、;　　接下來(lái)，讓我們來(lái)分析CB粒子的聚集結(jié)構(gòu)。根據(jù)式18和CB顆粒溶脹橡膠CB系統(tǒng)的體積分?jǐn)?shù)，我們可以由下面的公式估算每一個(gè)CB聚合體的體積VA：</p><p>　　在溶脹實(shí)驗(yàn)，。將代入式18，我們獲得了和。假定CB的初級(jí)粒子是半徑為13nm的球形，CB的初級(jí)顆粒的體積VCB是，因而在聚合中有8.6的初級(jí)粒子。</p><p>　　最后，我們將結(jié)果與先前橡膠硅系統(tǒng)中獲得的結(jié)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?chē)鶦B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(jié)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?yàn)镃B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(jié)論</b></p><p>　　我們已經(jīng)

33、通過(guò)對(duì)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(biāo)本由具有不同散射長(zhǎng)度密度和SANS的測(cè)量強(qiáng)度溶脹溶劑。散射函數(shù)為聚合物 - 聚合物相關(guān)的SPP（q），CBCB相關(guān)的SCC（q）和聚合物-CB相關(guān)的SPC（q） 時(shí)，我們通過(guò)使用奇異值分解計(jì)算出的局部散射功能。通過(guò)對(duì)SPC（q）和SCC（q）的分析，探討了存在致密的聚合物層在CB周?chē)?SCC（q）反映了CB粒子形成的層次結(jié)構(gòu)。通過(guò)定量地表征吸附層，我們計(jì)算了包