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(bǔ)強(qiáng)劑(見增強(qiáng)材料)和填料。炭黑是zui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(cè)得。zui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(STSA),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。 用氮吸附法來測(cè)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(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,通過做圖得到一條直線,然后通過計(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zui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。
貝士德公司生產(chǎn)的比表面儀3H-2000系列,zui早是橡膠研究院的研究人員為了測(cè)試炭黑的表面積和外表面積而研發(fā)生產(chǎn)的,*按照國(guó)標(biāo)要求,可以測(cè)試炭黑的總表面積(NSA)和外表面積(STSA), 測(cè)試重復(fù)性達(dá)1.5%,是非常適合炭黑行業(yè)的測(cè)試需求的。