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炭黑外(wài)比表面積的定義及其測試

 更新時間:2016-09-22 點擊量:1294

 

    炭黑是經煤、石油、生(shēng)物(wù)質燃料等不*燃燒後所形成的細小(xiǎo)顆粒。炭黑進入大(dà)氣後,能吸收太陽光,減少到達地面的太陽輻射。

烴類在嚴格控制的工(gōng)藝條件下(xià)經氣相不*燃燒或熱解而成的黑色粉末狀物(wù)質。其成分(fēn)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。許多粒子常熔結或聚結成三維鍵枝狀或纖維狀聚集體(tǐ)。在橡膠加工(gōng)中(zhōng),通過混煉加入橡膠中(zhōng)作補強劑(見增強材料)和填料。炭黑是zui古老的工(gōng)業産品之一(yī)。主要用于橡膠、油漆、油墨等行業。

    表面積是用來鑒别和分(fēn)類命名炭黑的重要性質之一(yī)。表面積用氣相或液相吸附法測得。zui經典的測定方法是低溫氮吸附法(即BET法)。由于氮分(fēn)子相對較小(xiǎo),可進入炭黑微孔之中(zhōng),該法測得的結果表征炭黑的總表面積。近年來研究成功大(dà)分(fēn)子吸附法(如CTAB),因大(dà)分(fēn)子不能進入微孔,其測定結果表征炭黑的外(wài)表面積,即“光滑”表面積。大(dà)多數橡膠用炭黑是無孔的,所以BET測定結果和CTAB測定結果是一(yī)緻的。對某些色素用炭黑,這兩種表面積測定結果的差,即表征炭黑的粗糙度或孔隙度。另一(yī)種測定方法——吸碘法也廣泛用于生(shēng)産控制和産品分(fēn)類,其特點是簡單快速,但測定結果受炭黑表面氧化程度的影響。 

    關于炭黑的比表面測試用氮吸附方法求得碳黑的BET比表面應該是一(yī)個總表面積(NSA),它包含着碳黑的外(wài)表面積還包括表面微孔的内表面,這些微孔的直徑在2-50nm。對用于橡膠中(zhōng)起補強作用的碳黑而言,由于橡膠的分(fēn)子太大(dà),進不到這些微孔中(zhōng)去(qù),因此,外(wài)表面積對于評價碳黑的補強性能更爲重要。1971年引進了CTAB法(Cetyl Trimethyl Ammonium Bromide)作爲另一(yī)種測定炭黑比表面積的方法,測定炭黑在CTAB溶液中(zhōng)的吸附。由于CTAB的分(fēn)子很大(dà)(61.6埃)進不到炭黑的微孔中(zhōng)去(qù)。因此,測定的表面積隻是炭黑能與橡膠接觸的外(wài)表面積。但是,對于某些粒徑的炭黑也存在有較大(dà)的微孔,或稱爲中(zhōng)等微孔。中(zhōng)等微孔的尺寸位于20-500埃。此時,CTAB的分(fēn)子可以進得去(qù),而橡膠的分(fēn)子則進不去(qù)。雖然中(zhōng)等微孔在多數炭黑的表面還不曾觀察到,但CTAB法仍然因其手工(gōng)作業的測試方法,以及較低的測試精度而沒有得到廣泛的認同。此外(wài),CTAB試劑溶液的存放(fàng)時間對測試的結果也有實質的影響,CTAB試劑溶液需要定期地進行制備和标定。用氮吸附法來測定外(wài)表面積的t圖法是由J.H.de Boer于1965年發明的。T圖法的應用決定了統計吸附層厚度法外(wài)表面積的測定(STSA)。統計吸附層厚度法測定外(wài)表面積,利用了在标準狀态下(xià),作爲吸附層厚度與每克試樣吸附的氮的體(tǐ)積之間存在的函數關系,通過做圖得到一(yī)條直線,然後通過計算得出炭黑外(wài)表面積。炭黑外(wài)表面積檢測需遵循相關标準,目前國家标準中(zhōng),采用zui多的是(GB/T 10722-2003)-炭黑總表面積和外(wài)表面積的測定-氮吸附法。