炭黑的基本性质和粒径分布
1、炭黑的基本性质
炭黑的基本性质包括粒径、结构性和表面性质,称为炭黑的三大基本性质,它们对橡胶的工艺性能及补强效果有着根本的影响
2、炭黑的粒径及其分布
炭黑的粒子大小一般以平均粒径或比表面积表示。粒径(炭黑的粒径与制造方法及生产条件有关)是指单颗炭黑或聚集体中原生粒子的大小,单位为nm;比表面积通常是指单位质量的物质中所包含的总表面积,其单位为m2g,比表面积是表征炭黑在胶料中分散度大小的尺度。粒径与比表面积之间可以相互换算,炭黑粒径越小,比表面积越大,分散度也越高同一种炭黑,其粒子大小并不相同,而呈一定的分布状态。通常所指的炭黑粒径是依电子显微镜照片中粒子大小的统计平均值表示的。图4-6和图4-7分別展示了一些炭黑的平均粒径大小及粒径分布曲线。一般情况下,粒径越小,粒径分布也越窄,即粒子大小较为均匀反之,平均粒径大的炭黑,粒径分布范围宽,粒子大小很不均匀。当炭黑的平均粒径相同时,粒径分布越窄,即粒子大小越均匀,则补强效果越好。测定炭黑粒径的方法有多种,有电子显微镜直接测定法以及通过吸附法测定炭黑比表面积的间接法等。采用电子显微镜方法既可测得炭黑的粒径,又可计算出炭黑的比表面积,但电子显微镜方法所得的炭黑比表面积是按粒子为光滑状态算出的,也称几何比表面积,而炭黑粒子表面呈粗糙状态,因而増大了粒子的实际表面积,所以电子显微镜方法测得的比表面积比实际比表面积小。采用经典的氮吸附法(BET法)测得的比表面积则更接近于炭黑粒子表面的实际情况。由于氮分子很小,可进入炭黑粒子的表面空隙中而被吸附,故氮吸附法测得的比表面积是包括孔隙在内的实际表面碘吸附法是测定炭黑比表面积的一种快速方法,此法简单易行。但此法只适用于氧化度较低的炉法炭黑,而不适用于槽法炭黑。这是因为对氧化度较低的炭黑所测定的吸碘值(mgl2g)近似于用m2/g表示的BET比表面积;而氧化度较高的槽法炭黑因较大的碘分子不能完全进入炭黑的表面孔隙,故吸碘值比BET比表面积小得多,并且炭黑的表面含氧官能团及表面可能存在的少量沥青质都会影响碘的吸附,因此吸碘值不能作为测定比表面积的标准方法。大分子表面活性剂吸附法是后期出现的测定炭黑比表面积的方法,此法常用的吸附剂包括阴离子表面活化剂OT(磺化琥珀酸二辛酯的钠盐)和阳离子表面活化剂CTAB(溴化十六烷基三甲基胺)由于大分子表面活性剂的分子体积较大,与橡胶分子一样,不能进入炭黑粒子的微孔中,只能被吸附在粒子表面上或较大的孔洞中,所以这种方法所测的比表面积接近于橡胶与炭黑粒子的接触面积,而与补强效果有较好的相关性。此外,OT或CTAB吸附法比碘吸附法优良,不受炭黑表面含氧量和沥青质的影响,故可适用于各种炭黑比表面积的测定。