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Litesizer 500| 炭黑在不同有機(jī)相溶劑中的穩(wěn)定性

安東帕 2020-04-10 | 閱讀：1305

炭黑和煤是人類(lèi)最早使用碳的形式，炭黑是含碳物質(zhì)（煤、天然氣、重油、燃料油等）在空氣不足的條件下經(jīng)不完全燃燒或受熱分解而得的產(chǎn)物。

炭黑是一種廣泛應(yīng)用于輪胎、橡膠、涂料和油墨等領(lǐng)域的材料。由于炭黑顆粒大小和分散的穩(wěn)定性都會(huì)影響最終產(chǎn)品的性能，所以對(duì)這些參數(shù)的表征極其重要。對(duì)分散在不同有機(jī)溶劑中的炭黑進(jìn)行了測(cè)試，考察了不同炭黑分散體系的穩(wěn)定性。

應(yīng)用領(lǐng)域

輪胎和橡膠制品
作為橡膠的添加劑，用作填充劑或增強(qiáng)劑
塑料和化學(xué)工業(yè)
用于導(dǎo)電包裝層、涂料和薄膜
涂料
用于增強(qiáng)汽車(chē)、木材和航空航天工業(yè)等的著色或?qū)щ娦阅?/span>
噴墨油墨和碳粉
作為黑色著色劑，增強(qiáng)配方中顏色強(qiáng)度

炭黑產(chǎn)品由10到300納米的球形小顆粒組成。初級(jí)炭黑顆粒通常會(huì)形成較大的團(tuán)聚體，團(tuán)聚體往往會(huì)形成更大的團(tuán)聚體。炭黑顆粒的大小很重要，因?yàn)樗鼤?huì)影響炭黑粉末的顏色強(qiáng)度和分散性能。一般來(lái)說(shuō)，通過(guò)減小粒徑，炭黑黑度會(huì)增強(qiáng)。

炭黑通常分散在水性介質(zhì)中，但在一些應(yīng)用中，粉體需要分散在有機(jī)溶劑中。表征有機(jī)溶劑中炭黑的穩(wěn)定性是非常重要的，因?yàn)樗婕暗接推?、涂料、農(nóng)藥、潤(rùn)滑技術(shù)和制藥工業(yè)等廣泛的應(yīng)用。

可以通過(guò)測(cè)定分散體系的zeta電位，粒徑分布，來(lái)確定最適合分散炭黑的有機(jī)溶劑。

使用安東帕Litesizer 500儀器及其Univette配件，研究了炭黑不同有機(jī)溶劑分散體的粒徑分布及其穩(wěn)定性。

實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

使用以下有機(jī)溶劑制備了三種炭黑分散體:

樣品1:甲苯-Toluene(介電常數(shù)2.38)

樣品2:庚烷-Heptane(介電常數(shù)1.91)

樣品3:甲基乙基酮- MEK(介電常數(shù)15.94)

所有樣品的最終濃度均為1 mg/mL。將分散液超聲15分鐘，靜置過(guò)夜。然后將900μl 樣品的上清液轉(zhuǎn)移到石英樣品池中，將安東帕Univette電極浸在此石英樣品池中。此樣品池可同樣用來(lái)測(cè)量樣品的粒徑分布。每個(gè)樣品在25°C下重復(fù)測(cè)量三次

實(shí)驗(yàn)分析

樣品1(甲苯Toluene)

甲苯為溶劑的炭黑分散液zeta電位測(cè)量值為-212.5 mV，表明此分散液非常穩(wěn)定。測(cè)量的zeta電位分布如圖1所示，結(jié)果匯總在表1中。

如圖2所示，分散在甲苯中的炭黑粒徑分布呈單峰，平均粒徑為876.5 nm，說(shuō)明不存在較大的顆粒和團(tuán)聚體。這與樣品的高zeta電位值結(jié)論一致，這表明樣品是穩(wěn)定的，無(wú)團(tuán)聚趨勢(shì)。

樣品2(庚烷Heptane)

樣品2測(cè)得的zeta電位值極低，平均值為-5.1 mV，其分布如圖3所示。因樣品制備后，沉淀非常明顯，且有明顯的上清液。所以較低的電位值在預(yù)期范圍內(nèi)。

此樣品雖然可測(cè)得一個(gè)電位值，但粒徑測(cè)試確無(wú)法得到一個(gè)可靠值。因?yàn)闃悠窛舛龋ㄉ⑸潴w積）太低，這可以從粒徑測(cè)試中的低光子計(jì)數(shù)率(43.9 kcounts / s)看出(圖4)。這表明，分散液中顆粒數(shù)非常低，大部分樣品顆粒沉淀在底部，此樣品不穩(wěn)定。

樣品3(甲基乙基酮MEK)

MEK為溶劑的炭黑分散液粒徑分布呈現(xiàn)雙峰，雙峰的位置分別是255.3 nm和2318 nm(圖6)。分散液電位值為-286.6 mV(圖5中，表1)，非常穩(wěn)定。但雙峰中大粒徑顆粒的存在表明，盡管初級(jí)粒子之間的靜電排斥非常高，但樣品仍趨于團(tuán)聚，進(jìn)而形成更大粒徑的團(tuán)聚體。

結(jié)論

通過(guò)對(duì)三種炭黑分散液樣品的穩(wěn)定性和粒徑分布進(jìn)行了研究。結(jié)果表明，分散液的質(zhì)量和穩(wěn)定性在很大程度上取決于所用的分散劑。安東帕Litesizer 500儀器及其Univette樣品池可用來(lái)有效測(cè)試有機(jī)溶劑樣品的粒徑和Zeta電位。

安東帕Litesizer 500 是用于表征分散型樣品和溶液中納米顆粒以及微顆粒的儀器。它可通過(guò)測(cè)量動(dòng)態(tài)光散射 (DLS)、電泳光散射 (ELS) 和靜態(tài)光散射 (SLS) 來(lái)測(cè)定顆粒尺寸、zeta 電位和分子量。
此外，Litesizer 500 是唯一一款基于 DLS 的顆粒分析儀可以對(duì)樣品的折光率進(jìn)行簡(jiǎn)潔明了的測(cè)量。