炭黑外比表面积定义及计算方法

发布时间:2024-06-08
炭黑是经煤、石油、生物质燃料等不*燃烧后所形成的细小颗粒。炭黑进入大气后,能吸收太阳光,减少到达地面的太阳辐射。烃类在严格控制的工艺条件下经气相不*燃烧或热解而成的黑色粉末状物质。其成分主要是元素碳,并含有少量氧、氢和硫等。炭黑粒子近似球形,粒径介于10~500μm间。许多粒子常熔结或聚结成三维键枝状或纤维状聚集体。在橡胶加工中,通过混炼加入橡胶中作补强剂(见增强材料)和填料。炭黑是*古老的工业产品。主要用于橡胶、油漆、油墨等行业。
表面积是用来鉴别和分类命名炭黑的重要性质。表面积用气相或液相吸附法测得。*经典的测定方法是低温氮吸附法(即bet法)。由于氮分子相对较小,可进入炭黑微孔之中,该法测得的结果表征炭黑的总表面积。近年来研究成功大分子吸附法(如ctab),因大分子不能进入微孔,其测定结果表征炭黑的外表面积,即“光滑”表面积。大多数橡胶用炭黑是无孔的,所以bet测定结果和ctab测定结果是一致的。对某些色素用炭黑,这两种表面积测定结果的差,即表征炭黑的粗糙度或孔隙度。另一种测定方法——吸碘法也广泛用于生产控制和产品分类,其特点是简单快速,但测定结果受炭黑表面氧化程度的影响。
关于炭黑的比表面测试用氮吸附方法求得碳黑的bet比表面应该是一个总表面积(nsa),它包含着碳黑的外表面积还包括表面微孔的内表面,这些微孔的直径在2-50nm。对用于橡胶中起补强作用的碳黑而言,由于橡胶的分子太大,进不到这些微孔中去,因此,外表面积对于评价碳黑的补强性能更为重要。1971年引进了ctab法(cetyl trimethyl ammonium bromide)作为另一种测定炭黑比表面积的方法,测定炭黑在ctab溶液中的吸附。由于ctab的分子很大(61.6埃)进不到炭黑的微孔中去。因此,测定的表面积只是炭黑能与橡胶接触的外表面积。但是,对于某些粒径的炭黑也存在有较大的微孔,或称为中等微孔。中等微孔的尺寸位于20-500埃。此时,ctab的分子可以进得去,而橡胶的分子则进不去。虽然中等微孔在多数炭黑的表面还不曾观察到,但ctab法仍然因其手工作业的测试方法,以及较低的测试精度而没有得到广泛的认同。此外,ctab试剂溶液的存放时间对测试的结果也有实质的影响,ctab试剂溶液需要定期地进行制备和标定。用氮吸附法来测定外表面积的t图法是由j.h.de boer于1965年发明的。t图法的应用决定了统计吸附层厚度法外表面积的测定(stsa)。统计吸附层厚度法测定外表面积,利用了在标准状态下,作为吸附层厚度与每克试样吸附的氮的体积之间存在的函数关系,通过做图得到一条直线,然后通过计算得出炭黑外表面积。炭黑外表面积检测需遵循相关标准,目前国家标准中,采用*多的是(gb/t 10722-2003)-炭黑总表面积和外表面积的测定-氮吸附法。
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