炭黑外比表面積的定義及其測(cè)試方法
發(fā)布日期:2013-07-25 來(lái)源:貝士德儀器 點(diǎn)擊量:3374
炭黑是經(jīng)煤,、石油,、生物質(zhì)燃料等不完全燃燒后所形成的細(xì)小顆粒。炭黑進(jìn)入大氣后,,能吸收太陽(yáng)光,,減少到達(dá)地面的太陽(yáng)輻射。
烴類在嚴(yán)格控制的工藝條件下經(jīng)氣相不完全燃燒或熱解而成的黑色粉末狀物質(zhì),。其成分主要是元素碳,,并含有少量氧、氫和硫等,。炭黑粒子近似球形,,粒徑介于10~500μm間。許多粒子常熔結(jié)或聚結(jié)成三維鍵枝狀或纖維狀聚集體,。在橡膠加工中,,通過(guò)混煉加入橡膠中作補(bǔ)強(qiáng)劑(見(jiàn)增強(qiáng)材料)和填料。炭黑是最古老的工業(yè)產(chǎn)品之一,。主要用于橡膠,、油漆、油墨等行業(yè),。
表面積是用來(lái)鑒別和分類命名炭黑的重要性質(zhì)之一,。表面積用氣相或液相吸附法測(cè)得。最經(jīng)典的測(cè)定方法是低溫氮吸附法(即BET法),。由于氮分子相對(duì)較小,,可進(jìn)入炭黑微孔之中,該法測(cè)得的結(jié)果表征炭黑的總表面積,。近年來(lái)研究成功大分子吸附法(如CTAB),,因大分子不能進(jìn)入微孔,其測(cè)定結(jié)果表征炭黑的外表面積,,即“光滑”表面積,。大多數(shù)橡膠用炭黑是無(wú)孔的,所以BET測(cè)定結(jié)果和CTAB測(cè)定結(jié)果是一致的,。對(duì)某些色素用炭黑,,這兩種表面積測(cè)定結(jié)果的差,即表征炭黑的粗糙度或孔隙度,。另一種測(cè)定方法——吸碘法也廣泛用于生產(chǎn)控制和產(chǎn)品分類,,其特點(diǎn)是簡(jiǎn)單快速,但測(cè)定結(jié)果受炭黑表面氧化程度的影響,。
關(guān)于炭黑的比表面測(cè)試用氮吸附方法求得碳黑的BET比表面應(yīng)該是一個(gè)總表面積(NSA),,它包含著碳黑的外表面積還包括表面微孔的內(nèi)表面,這些微孔的直徑在2-50nm,。對(duì)用于橡膠中起補(bǔ)強(qiáng)作用的碳黑而言,,由于橡膠的分子太大,進(jìn)不到這些微孔中去,,因此,,外表面積對(duì)于評(píng)價(jià)碳黑的補(bǔ)強(qiáng)性能更為重要。1971年引進(jìn)了CTAB法(Cetyl Trimethyl Ammonium Bromide)作為另一種測(cè)定炭黑比表面積的方法,,測(cè)定炭黑在CTAB溶液中的吸附,。由于CTAB的分子很大(61.6埃)進(jìn)不到炭黑的微孔中去。因此,,測(cè)定的表面積只是炭黑能與橡膠接觸的外表面積,。但是,對(duì)于某些粒徑的炭黑也存在有較大的微孔,,或稱為中等微孔,。中等微孔的尺寸位于20-500埃。此時(shí),,CTAB的分子可以進(jìn)得去,,而橡膠的分子則進(jìn)不去。雖然中等微孔在多數(shù)炭黑的表面還不曾觀察到,,但CTAB法仍然因其手工作業(yè)的測(cè)試方法,,以及較低的測(cè)試精度而沒(méi)有得到廣泛的認(rèn)同。此外,,CTAB試劑溶液的存放時(shí)間對(duì)測(cè)試的結(jié)果也有實(shí)質(zhì)的影響,,CTAB試劑溶液需要定期地進(jìn)行制備和標(biāo)定。用氮吸附法來(lái)測(cè)定外表面積的t圖法是由J.H.de Boer于1965年發(fā)明的,。T圖法的應(yīng)用決定了統(tǒng)計(jì)吸附層厚度法外表面積的測(cè)定(STSA),。統(tǒng)計(jì)吸附層厚度法測(cè)定外表面積,利用了在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下,,作為吸附層厚度與每克試樣吸附的氮的體積之間存在的函數(shù)關(guān)系,,通過(guò)做圖得到一條直線,然后通過(guò)計(jì)算得出炭黑外表面積,。炭黑外表面積檢測(cè)需遵循相關(guān)標(biāo)準(zhǔn),,目前國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中,采用最多的是(GB/T 10722-2003)-炭黑總表面積和外表面積的測(cè)定-氮吸附法,。