炭黑的基本性質(zhì)和粒徑分布
1、炭黑的基本性質(zhì)
炭黑的基本性質(zhì)包括粒徑、結(jié)構(gòu)性和表面性質(zhì),稱為炭黑的三大基本性質(zhì),它們對(duì)橡膠的工藝性能及補(bǔ)強(qiáng)效果有著根本的影響
2、炭黑的粒徑及其分布
炭黑的粒子大小一般以平均粒徑或比表面積表示。粒徑(炭黑的粒徑與制造方法及生產(chǎn)條件有關(guān))是指單顆炭黑或聚集體中原生粒子的大小,單位為nm;比表面積通常是指單位質(zhì)量的物質(zhì)中所包含的總表面積,其單位為m2g,比表面積是表征炭黑在膠料中分散度大小的尺度。粒徑與比表面積之間可以相互換算,炭黑粒徑越小,比表面積越大,分散度也越高同一種炭黑,其粒子大小并不相同,而呈一定的分布狀態(tài)。通常所指的炭黑粒徑是依電子顯微鏡照片中粒子大小的統(tǒng)計(jì)平均值表示的。圖4-6和圖4-7分別展示了一些炭黑的平均粒徑大小及粒徑分布曲線。一般情況下,粒徑越小,粒徑分布也越窄,即粒子大小較為均勻反之,平均粒徑大的炭黑,粒徑分布范圍寬,粒子大小很不均勻。當(dāng)炭黑的平均粒徑相同時(shí),粒徑分布越窄,即粒子大小越均勻,則補(bǔ)強(qiáng)效果越好。測(cè)定炭黑粒徑的方法有多種,有電子顯微鏡直接測(cè)定法以及通過吸附法測(cè)定炭黑比表面積的間接法等。采用電子顯微鏡方法既可測(cè)得炭黑的粒徑,又可計(jì)算出炭黑的比表面積,但電子顯微鏡方法所得的炭黑比表面積是按粒子為光滑狀態(tài)算出的,也稱幾何比表面積,而炭黑粒子表面呈粗糙狀態(tài),因而増大了粒子的實(shí)際表面積,所以電子顯微鏡方法測(cè)得的比表面積比實(shí)際比表面積小。采用經(jīng)典的氮吸附法(BET法)測(cè)得的比表面積則更接近于炭黑粒子表面的實(shí)際情況。由于氮分子很小,可進(jìn)入炭黑粒子的表面空隙中而被吸附,故氮吸附法測(cè)得的比表面積是包括孔隙在內(nèi)的實(shí)際表面碘吸附法是測(cè)定炭黑比表面積的一種快速方法,此法簡(jiǎn)單易行。但此法只適用于氧化度較低的爐法炭黑,而不適用于槽法炭黑。這是因?yàn)閷?duì)氧化度較低的炭黑所測(cè)定的吸碘值(mgl2g)近似于用m2/g表示的BET比表面積;而氧化度較高的槽法炭黑因較大的碘分子不能完全進(jìn)入炭黑的表面孔隙,故吸碘值比BET比表面積小得多,并且炭黑的表面含氧官能團(tuán)及表面可能存在的少量瀝青質(zhì)都會(huì)影響碘的吸附,因此吸碘值不能作為測(cè)定比表面積的標(biāo)準(zhǔn)方法。大分子表面活性劑吸附法是后期出現(xiàn)的測(cè)定炭黑比表面積的方法,此法常用的吸附劑包括陰離子表面活化劑OT(磺化琥珀酸二辛酯的鈉鹽)和陽(yáng)離子表面活化劑CTAB(溴化十六烷基三甲基胺)由于大分子表面活性劑的分子體積較大,與橡膠分子一樣,不能進(jìn)入炭黑粒子的微孔中,只能被吸附在粒子表面上或較大的孔洞中,所以這種方法所測(cè)的比表面積接近于橡膠與炭黑粒子的接觸面積,而與補(bǔ)強(qiáng)效果有較好的相關(guān)性。此外,OT或CTAB吸附法比碘吸附法優(yōu)良,不受炭黑表面含氧量和瀝青質(zhì)的影響,故可適用于各種炭黑比表面積的測(cè)定。