炭黑表面積的定義及分析

    炭黑：煤、石油、生物質(zhì)燃料等不*燃燒后所形成的細小顆粒。炭黑進(jìn)入大氣后，能吸收太陽(yáng)光，減少到達地面的太陽(yáng)輻射。 

    烴類(lèi)在嚴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。許多粒子常熔結或聚結成三維鍵枝狀或纖維狀聚集體。在橡膠加工中，通過(guò)混煉加入橡膠中作補強劑（見(jiàn)增強材料）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(lái)鑒別和分類(lèi)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得。zui經(jīng)典的測定方法是低溫氮吸附法（即BET法）。由于氮分子相對較小，可進(jìn)入炭黑微孔之中，該法測得的結果表征炭黑的總表面積。近年來(lái)研究成功大分子吸附法（如CTAB），因大分子不能進(jìn)入微孔，其測定結果表征炭黑的外表面積，即“光滑”表面積。大多數橡膠用炭黑是無(wú)孔的，所以BET測定結果和CTAB測定結果是一致的。對某些色素用炭黑，這兩種表面積測定結果的差，即表征炭黑的粗糙度或孔隙度。另一種測定方法──吸碘法也廣泛用于生產(chǎn)控制和產(chǎn)品分類(lèi)，其特點(diǎn)是簡(jiǎn)單快速，但測定結果受炭黑表面氧化程度的影響。 

    關(guān)于炭黑的比表面測試用氮吸附方法求得碳黑的BET比表面應該是一個(gè)總表面積（NSA），它包含著(zhù)碳黑的外表面積（STSA），還包括表面微孔的內表面，這些微孔的直徑在2-50nm . 對用于橡膠中起補強作用的碳黑而言，由于橡膠的分子太大，進(jìn)不到這些微孔中去，因此，外表面積對于評價(jià)碳黑的補強性能更為重要。 1971年引進(jìn)了CTAB法（Cetyl Trimethyl Ammonium Bromide）作為另一種測定炭黑比表面積的方法，測定炭黑在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，測定的表面積只是炭黑能與橡膠接觸的外表面積。 但是，對于某些粒徑的炭黑也存在有較大的微孔，或稱(chēng)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炭黑的表面還不曾觀(guān)察到，但CTAB法仍然因其手工作業(yè)的測試方法，以及較低的測試精度而沒(méi)有得到廣泛的認同。 此外，CTAB試劑溶液的存放時(shí)間對測試的結果也有實(shí)質(zhì)的影響，CTAB試劑溶液需要定期地進(jìn)行制備和標定。 用氮吸附法來(lái)測定外表面積的 t-法是由J.H. de Boer于1965年發(fā)明的。t-法的應用，決定了統計吸附層厚度法外表面積的測定（STSA）。統計吸附層厚度法測定外表面積，利用了在標準狀態(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關(guān)系，通過(guò)做圖得到一條直線(xiàn)，然后通過(guò)計算得出炭黑外表面積。 炭黑外表面積檢測需遵循相關(guān)標準，目前國家標準中，采用zui多的是(GB/T 10722-2003)-炭黑總表面積和外表面積的測定-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試炭黑的表面積和外表面積而研發(fā)生產(chǎn)的，*按照國標要求，可以測試炭黑的總表面積(NSA）和外表面積(STSA）， 測試重復性達1.5%，是非常適合炭黑行業(yè)的測試需求的。