外表面積來源于炭黑的外表面積,它是一個特定的概念。炭黑作為橡膠的補強劑,其補強效果與炭黑的比表面相關,但當炭黑表面的孔徑很小時,橡膠分子進不去,這部分孔的內表面不起補強作用,應于扣除,因此把扣除橡膠分子進不去的那些孔(孔徑大約 ≤ 2nm)的內表面后的表面積稱為外表面積。測定炭黑外表面積方法主要有兩種:
(1)CTAB法: 即十六烷基叁甲基溴化銨(CTAB)溶液中的液相吸附法
(2)STSA法 :即氮吸附 t-圖法(低溫物理吸附法)(GB/T 10722 - 2003)
通過炭黑在十六烷基叁甲基溴化銨(CTAB)溶液中的吸附,測定炭黑的外表面,CTAB的分子直徑比橡膠的分子小,因此用CTAB法測出的外表面仍包含著一部分橡膠分子進不去的孔的內表面,此法測出的外表面偏大;此外,CTAB法操作復雜,精度不夠高,因此至今未獲廣泛的認同。
用De Boer 理論和炭黑模型,認為在液氮溫度下,氮吸附的相對壓力(P/Po)與吸附層統計厚度 t 符合如下關系( 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范圍內(t大約在0.43-0.63),氮吸附量對t作圖時,對應于一條直線,由該直線的斜率(M)可計算出其外表面(STSA)
STSA = M ×15.47(M2/g)
t-圖法測試實例如下圖
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