炭黑外比表面積的定義及其測試方法
炭黑是經(jīng)煤、石油、生物質(zhì)燃料等不完全燃燒后所形成的細小顆粒。炭黑進入大氣后，能吸收太陽光，減少到達地面的太陽輻射。
烴類在嚴格控制的工藝條件下經(jīng)氣相不完全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(jié)或聚結(jié)成三維鍵枝狀或纖維狀聚集體。在橡膠加工中，通過混煉加入橡膠中作補強劑（見增強材料）和填料。炭黑是*古老的工業(yè)產(chǎn)品。主要用于橡膠、油漆、油墨等行業(yè)。
表面積是用來鑒別和分類命名炭黑的重要性質(zhì)。表面積用氣相或液相吸附法測得。*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，可進入炭黑微孔之中，該法測得的結(jié)果表征炭黑的總表面積。近年來研究成功大分子吸附法（如CTAB），因大分子不能進入微孔，其測定結(jié)果表征炭黑的外表面積，即“光滑”表面積。大多數(shù)橡膠用炭黑是無孔的，所以BET測定結(jié)果和CTAB測定結(jié)果是一致的。對某些色素用炭黑，這兩種表面積測定結(jié)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，其特點是簡單快速，但測定結(jié)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(yīng)該是一個總表面積（NSA），它包含著碳黑的外表面積還包括表面微孔的內(nèi)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，進不到這些微孔中去，因此，外表面積對于評價碳黑的補強性能更為重要。1971年引進了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，或稱為中等微孔。中等微孔的尺寸位于20-500埃。此時，CTAB的分子可以進得去，而橡膠的分子則進不去。雖然中等微孔在多數(shù)炭黑的表面還不曾觀察到，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有得到廣泛的認同。此外，CTAB試劑溶液的存放時間對測試的結(jié)果也有實質(zhì)的影響，CTAB試劑溶液需要定期地進行制備和標(biāo)定。用氮吸附法來測定外表面積的t圖法是由J.H.de Boer于1965年發(fā)明的。T圖法的應(yīng)用決定了統(tǒng)計吸附層厚度法外表面積的測定（STSA）。統(tǒng)計吸附層厚度法測定外表面積，利用了在標(biāo)準(zhǔn)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(shù)關(guān)系，通過做圖得到一條直線，然后通過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(biāo)準(zhǔn)，目前國家標(biāo)準(zhǔn)中，采用*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。
原創(chuàng)作者：貝士德儀器科技（北京）有限公司
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