炭黑的基本性質和粒徑分布
1、炭黑的基本性質
炭黑的基本性質包括粒徑、結構性和表面性質,稱為炭黑的三大基本性質,它們對橡膠的工藝性能及補強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條件有關)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量的物質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。當炭黑的平均粒徑相同時,粒徑分布越窄,即粒子大小越均勻,則補強效果越好。測定炭黑粒徑的方法有多種,有電子顯微鏡直接測定法以及通過吸附法測定炭黑比表面積的間接法等。采用電子顯微鏡方法既可測得炭黑的粒徑,又可計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際表面積,所以電子顯微鏡方法測得的比表面積比實際比表面積小。采用經典的氮吸附法(BET法)測得的比表面積則更接近于炭黑粒子表面的實際情況。由于氮分子很小,可進入炭黑粒子的表面空隙中而被吸附,故氮吸附法測得的比表面積是包括孔隙在內的實際表面碘吸附法是測定炭黑比表面積的一種快速方法,此法簡單易行。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。這是因為對氧化度較低的炭黑所測定的吸碘值(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及表面可能存在的少量瀝青質都會影響碘的吸附,因此吸碘值不能作為測定比表面積的標準方法。大分子表面活性劑吸附法是后期出現的測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,所以這種方法所測的比表面積接近于橡膠與炭黑粒子的接觸面積,而與補強效果有較好的相關性。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的影響,故可適用于各種炭黑比表面積的測定。