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技術(shù)文章

炭黑表面積的定義及分析

閱讀:63發(fā)布時間:2025-4-12

    炭黑:煤、石油、生物質(zhì)燃料等不燃燒后所形成的細(xì)小顆粒。炭黑進(jìn)入大氣后,能吸收太陽光,減少到達(dá)地面的太陽輻射。 
    烴類在嚴(yán)格控制的工藝條件下經(jīng)氣相不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,通過混煉加入橡膠中作補強劑(見增強材料)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得。的測定方法是低溫氮吸附法(即BET法)。由于氮分子相對較小,可進(jìn)入炭黑微孔之中,該法測得的結(jié)果表征炭黑的總表面積。近年來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)橡膠用炭黑是無孔的,所以BET測定結(jié)果和CTAB測定結(jié)果是一致的。對某些色素用炭黑,這兩種表面積測定結(jié)果的差,即表征炭黑的粗糙度或孔隙度。另一種測定方法──吸碘法也廣泛用于生產(chǎn)控制和產(chǎn)品分類,其特點是簡單快速,但測定結(jié)果受炭黑表面氧化程度的影響。 
    關(guān)于炭黑的比表面測試用氮吸附方法求得碳黑的BET比表面應(yīng)該是一個總表面積(NSA),它包含著碳黑的外表面積(STSA),還包括表面微孔的內(nèi)表面,這些微孔的直徑在2-50nm . 對用于橡膠中起補強作用的碳黑而言,由于橡膠的分子太大,進(jìn)不到這些微孔中去,因此,外表面積對于評價碳黑的補強性能更為重要。 1971年引進(jìn)了CTAB法(Cetyl Trimethyl Ammonium Bromide)作為另一種測定炭黑比表面積的方法,測定炭黑在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,測定的表面積只是炭黑能與橡膠接觸的外表面積。 但是,對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,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)的測試方法,以及較低的測試精度而沒有得到廣泛的認(rèn)同。 此外,CTAB試劑溶液的存放時間對測試的結(jié)果也有實質(zhì)的影響,CTAB試劑溶液需要定期地進(jìn)行制備和標(biāo)定。 用氮吸附法來測定外表面積的 t-法是由J.H. de Boer于1965年發(fā)明的。t-法的應(yīng)用,決定了統(tǒng)計吸附層厚度法外表面積的測定(STSA)。統(tǒng)計吸附層厚度法測定外表面積,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,通過做圖得到一條直線,然后通過計算得出炭黑外表面積。 炭黑外表面積檢測需遵循相關(guān)標(biāo)準(zhǔn),目前國家標(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定-氮吸附法。
    貝士德公司生產(chǎn)的比表面儀3H-2000系列,是橡膠研究院的研究人員為了測試炭黑的表面積和外表面積而研發(fā)生產(chǎn)的,按照國標(biāo)要求,可以測試炭黑的總表面積(NSA)和外表面積(STSA), 測試重復(fù)性達(dá)1.5%,是非常適合炭黑行業(yè)的測試需求的。

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