利用红外光谱可以研究天然橡胶（NR）、顺丁橡胶（BR）、丁苯橡胶（SBR）、丁腈橡胶（NBR）与表征炭黑对这些橡胶的影响。

 

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样品制作&测量

 

将不同用量炭黑N234与橡胶制成混炼胶和硫化胶试样系列（如表1所示

如何简单快捷的确定炭黑与橡胶的相互作用？——黑色橡胶中的红外光谱红移现象

现在表征炭黑与橡胶相互作用的测试方法有结合胶法、溶胀指数法、核磁共振光谱法等，而这些方法测试时间较长，无法及时得到结果，因此需要一种快速检测方法来表征炭黑对橡胶的影响。

在橡胶中加入填料可以改善胶料的加工性能，提高成品性能，延长成品使用寿命，降低生产成本。炭黑是橡胶工业的主要补强剂，其通过与橡胶形成结合胶来提高胶料的物理性能。

现在表征炭黑与橡胶相互作用的测试方法有结合胶法、溶胀指数法、核磁共振光谱法等，而这些方法测试时间较长，无法第一时间得到结果，因此需要一种快速检测方法来表征炭黑对橡胶的影响。

NR，BR，溶聚SBR（SSBR）、乳聚SBR（ESBR）和炭黑N234均为市售产品。使用INVENIO（德国BRUKER）型红外光谱仪。测量参数：每个试样重复测试2次，试验条件为：分辨率 4cm-1，扫描次数32，波数范围650～4000cm-1，扫描模式衰减全反射模式。

红外光谱的红移与蓝移

 

红外光谱在表征黑色橡胶时，常常伴有红移现象的发生，因此在说明炭黑对橡胶红外光谱的影响前，需要了解什么是红外光谱的红移现象。

根据多普勒效应，当光源和接收光线的物体有相对运动，而且远离接收光线的物体时，物体收到的光线的频率比实际光线的频率要短，由于红光的频率比蓝光短，所以光源发出的光线在光谱上会向红光的方向偏移，称为红移。当光源和接收光线的物体有相对运动，而且光源靠近接收光线的物体时，物体收到的光线的频率比实际光线的频率要长，由于红光的频率比蓝短，光源发出的光线在光谱上会向蓝光的方向偏移，称为蓝移。

红外光谱中，红移是指峰向低频（波数）移动；蓝移指峰向高频（波数）移动。

NR/炭黑N234混炼胶的红外光谱如图1所示。从图1可以看出，随着炭黑N234用量增大，橡胶基团特征峰发生红移现象，谱线向上漂移程度增大。这是因为炭黑N234中含有吸附电子的大π键，炭黑N234用量增大导致橡胶基团的电子云密度降低，键力常数减小，特征峰发生红移。

从图2可以看出，在4种混炼胶系列中，NR/炭黑N234混炼胶红外光谱的亚甲基特征峰波数红移程度最大。这可能是炭黑N234与NR的物理作用强导致的，即炭黑N234与富电子分子链亲和力大，一方面炭黑N234极性基团与NR分子链电子云作用，容易发生极化；另一方面NR分子链电子云与炭黑N234的大π键体系容易发生共轭效应。

从图2还可以看出，随着炭黑N234用量增大，各混炼胶亚甲基特征峰波数红移程度逐渐增大并趋于平稳。这说明随着炭黑N234用量增大，橡胶与炭黑N234之间的作用力增强，炭黑N234用量达到一定值时体系状态趋于稳定。

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炭黑N234对橡胶不同基团特征峰红移的影响

 

添加70份炭黑N234的橡胶不同基团红外光谱特征峰变化如表2所示。