什么是材料的外表面?比表面仪是如何测量外表面积的?

外表面积来源于炭黑的外表面积,它是一个特定的概念。炭黑作为橡胶的补强剂,其补强效果与炭黑的比表面相关,但当炭黑表面的孔径很小时,橡胶分子进不去,这部分孔的内表面不起补强作用,应于扣除,因此把扣除橡胶分子进不去的那些孔(孔径大约 ≤ 2nm)的内表面后的表面积称为外表面积。测定炭黑外表面积方法主要有两种:

(1)CTAB法: 即十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)溶液中的液相吸附法

(2)STSA法 :即氮吸附 t-图法(低温物理吸附法)(GB/T 10722 – 2003)

通过炭黑在十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)溶液中的吸附,测定炭黑的外表面,CTAB的分子直径比橡胶的分子小,因此用CTAB法测出的外表面仍包含着一部分橡胶分子进不去的孔的内表面,此法测出的外表面偏大;此外,CTAB法操作复杂,精度不够高,因此至今未获广泛的认同。

用De Boer 理论和炭黑模型,认为在液氮温度下,氮吸附的相对压力(P/Po)与吸附层统计厚度 t 符合如下关系( Carbon Black 模型)

t = 0.088(P/Po)2+0.645(P/Po)+0.298

模型指出,P/Po在0.2-0.5范围内(t大约在0.43-0.63),氮吸附量对t作图时,对应于一条直线,由该直线的斜率(M)可计算出其外表面(STSA)

STSA = M ×15.47(M2/g)

t-图法测试实例如下图

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