1、中华人民共和国国家标准橡胶用炭黑比表面积测定CTAB法Carbon black used in rubber products Determination of specific surface area-CT AB test metbod 主题内容与适用范围GB/T 3780.5-91 代替GB3780. 5-83 本标准规定了炭黑除微孔(十六烧基三甲基澳化锻不能进入的孔)以外的炭黑表面积的试验方法。本标准适用于橡胶用炭黑。2 引用标准GB 3778 橡胶用炭黑技术条件GB 8170 数值修约规则GB 9578 标准参比炭黑3 方法提要3.1 炭黑在十六烧基三甲基澳化镀(CTAB)水榕液中吸
2、附等温线具有一个较长的单分子吸附层的平坦段。炭黑对CTAB的吸附不受其表面焦油状物质或含氢、氧等官能团的影响，用机械搅拌或超声波振荡的方法很快就可以使吸附达到平衡。在滤去分散的肢体炭黑后，用磺基丁二酸铀二辛酶(OT)或十二烧基硫酸铀(SDS)测定未被吸附的CTAB的量。试验结果均按标准参比炭黑(SRB1)确定其CTAB法表面积。3. 2 未被吸附的CTAB分子按下述任何一种方法进行滴定。a. 方法1.用OT滴定至规定的浊度终点自动滴定法(仲裁方法); b. 方法2.用OT滴定至最大浊度终点手工滴定法;c. 方法3.用OT滴定至规定的变色终点手工滴定法:d. 方法4.用SDS滴定至规定的变色终点
3、手工滴定法。4 仪器试验室常规设备仪器及以下专用器械。4. 1 超声波电磁分散机。注2国产TBY-50超声波电磁分散机符合本标准要求。4.2 磁力搅拌棒，其表面有聚四氟乙烯或碳氢化合物涂覆层。4.3 磁力搅拌器。4.4 微孔滤膜，孔径o.15m。4.5 加压过滤装置。注z国产TBY-20加压过滤器符合本标准要求。4.6 炭黑比表面积测定仪。国家技术监督局1991-04-23批准1992-04-01实施G/T 3780.5-91 注z国产TBY-IO炭黑比表面积测定仪符合本标准要求。4. 7 显微镜照明光源或类似的白炽灯点光源，该装备带有可调电阻器。4.8 分液器，吸液量为30mL，与CTAB溶
4、液贮存器相连接。4.9 烧杯，容积100mL。4.10 锥形瓶，容积100mL，具磨口塞。4. 11 锥形瓶，容积50mL。5 试剂和溶液5.1 pH等于7的缓冲溶液:潜解2.722g磷酸二氢梆(KHzP04), 4.260 g磷酸氢二锅(NazHP04)和1.169 g氯化锅(NaCl)于1 L水中。5.2 CTAB溶液C(C19H4ZBrN)=0.01 mol/L: 称取3.64g CTAB(十六烧基三甲基澳化镀)溶解于900mL水中，加100mL缓冲溶液(5.1)加热至27370C溶解。使用前冷却至23250C。注2室温低于23C将引起CTAB缓慢结晶。5.3 OT溶液C(CZOH37N
5、a07S)=0. 002 2 mol/L: 称取1.000 g 100%固体OT于含有2.5mL甲醒溶液的1L水中，用磁力搅拌器剧烈搅拌48h，置于阴凉干燥处停放12d后标定使用。注:启封的OT试剂需贮存在干燥器中。OT溶液易产生降解，使用期限不超过6个月。5.4 37 % ( m/m )甲醒溶液。5.5 SDS溶液c(C12HzsNa04S)=0. 002 1 mol/L: j容解0.606g SDS于含有2.5mL甲醒的1L水中，停放24ho 注2如果溶液混浊或有沉淀，则试剂纯度低不易使用。5.6 0.36%(m/m)二氯荧光黄乙醇溶液:溶解0.20g固体二氯荧光黄于70mL乙醇中，并储存
6、在滴瓶中。5.7 0.20%( m/m)澳酣蓝乙醇水溶液:溶解0.10g固体澳酣蓝于10mL乙醇中，加40mL水，储存在60mL棕色滴瓶中。5.8 0.15% (m/m )OP(辛基苯基聚氧乙烯醋)溶液。5.9 标准参比炭黑符合GB9578规定。1)6 操作步骤试验室环境为25士2C，相对湿度60%士5%。6.1 滤膜用于滤除分散肢体炭黑的微孔滤膜在使用前必须浸泡，即将25片滤膜逐片地浸泡在100mL CTAB溶液中，滤膜使用前至少浸泡48h，CTAB浸泡液不能重复使用。浸泡过的滤膜使用期限为6个月。6.2 称取适量的干燥炭黑试样(准至0.0001 g)于锥形瓶(4.10)中，试样量需符合下表
7、要求。采用说明:1)当使用美国工业着色参比炭黑ITRB时，CTAB比表面积值为83.0m2倍。GB/T 3780. 5-91 炭黑类别比表面积范围.m2/g试样量.gN 100 125-150 0.3 N 200 100-150 0.35 N 300 75-105 0.40 N 351-400 50-75 0.60 N 500-600 30-50 0.90 N 700 20-30 1. 35 注:如果不知试样炭黑的类别，按其氮吸附表面积或吸腆值进行分类。6.3 加30.0mL CTAB溶液。采取下述任一种方式吸附。6.3.1 盖好瓶塞，放在振荡机上以240r/min的速率振荡40min。6.3
8、.2 加磁力搅拌棒后盖紧瓶塞，放在超声波磁力分散机中，浸泡深度至少50mm，洛温23-250C，搅拌6min。如果单独使用超声波水浴和磁力搅拌器，则在水浴中浸1min，然后搅拌1min，再循环两次，总计时间为6min。6.4 取出浸泡过的滤膜，用纸巾吸去过量滤液使发亮的一面对着入口。按压滤器说明书要求组装。6. 5 擦干锥形瓶外部的水滴，倾3-5mL炭黑试样和CTAB溶液的棍合液于压滤罐中，拧紧上盖，调节压力在O.40. 7 MPa，弃去滤液后再将该混合液全部倾入压滤罐中拧紧上盖，将滤液收集在洁净的玻璃瓶中，具塞，摇动，以确保滤液均匀。6.6 立即按6.7四种方法中任一方法进行滴定。6.7滴定
9、:6.7.1 用OT溶液自动滴定CTAB滤液至最大浊度终点。6.7.1.1 按仪器说明书要求安装调试自动滴定仪，待计量管充满OT溶液时，仪器自动停止，此时按停止键使仪器处于待运转状态。6.7. 1. 2 用吸液管吸取5mL掘液于清洁干燥的石英杯中，加2.5mL OP溶液、加25mL水、加磁力搅拌棒后置石英杯于测定槽中(手不能接触石英杯的透光面)。启动，自动滴定开始，数字显示器同时显示滴加体积(mL)，待自动停止滴定，记录消耗OT溶液体积准至0.01mL。6.7.2 用OT溶液滴定至最大浊度终点手工滴定法。6.7.2.1 取10.00mL滤液于100mL烧杯中，加50mL水并放入搅拌棒。6.7.
10、2.2 置烧杯于磁力搅拌器上，并位于光源前，调节搅拌速度200r/min。注2在组装滴定装置时调节可变电阻器，在滴定达终点时不见灯丝。终点后再加一滴，灯丝徐徐再现。标定溶液和滴定试样时可变电阻位置相同。6.7.2.3 用滴定管快速滴加OT溶液至混合物呈云雾状。此时观察灯丝，灯丝更红，继续以各滴间隔15 s的速度滴加浊度迅增，停止滴加，继续搅拌10s，通过海合物观察灯丝到加一滴即不见灯丝为终点。记录滴定体积准至0.01mL。6.7.3 用OT溶液滴定至规定的变色终点手工滴定法。6. 7. 3. 1 吸取10.00mL滤液于放有搅拌棒的烧杯中，加3滴(约0.1mL)澳酣蓝指示剂。6.7. 3. 2
11、 置烧杯于磁力搅拌器上调至中速，光源放在烧杯正后面略高于瓶底，调节试验装置至见到烧杯底部的反射光。6.7.3.3 用滴定管快速滴加OT溶液至混合物呈云雾状，反射光呈桔黄色止。放慢滴定速度，各滴间隔为1S，直至加入一滴即引起蓝色云雾状混合物分离，此时可见到大部分蓝色指示剂变成絮凝物，泪合液中蓝色云雾减少，停止搅拌，絮凝物漂浮在溶液的顶部，记录消耗OT溶液体积准至0.01mL。6.7.4 用SDS溶液滴定至规定的变色终点手工滴定法。6.7.4.1 吸取10.00mL CTAB滤液于放有搅拌棒的锥形瓶中，加6滴(约0.3mL)二氯荧光黄指示GB/T 3780.5-91 剂，置锥形瓶于磁力搅拌器上，调
12、节搅拌速度使混合物快速旋转又很少产生泡沫。6.7.4.2 用SDS溶液快速滴定至溶液呈清晰的粉红色，继续滴加至橙黄色，此时慢慢滴加至混合物转变为纯黄色止。记录消耗的SDS溶液体积准至0.01mL。7 溶液校正系数的计算7.1 称量O.2、0.3、0.4、0.5、0.6g共五份干燥的标准参比炭黑SRB1. 7.2 分别按6份3至6.5的要求进行，并按6.7中任意一种方法进行滴定。7.3 以滴定容积V，与其相对应的标样质量m，作出曲线，用最小二乘法求出直线方程。计算出斜率b(mL/g)及在体积轴上截距处的体积Vo(mL)。用每份标样相对应的数据按7.4中的公式计算出标准参比炭黑的表面积。计算出的结
13、果与规定的表面积值间相差一般不大于1.5 m2/g. 注:计算实例见附录A.7.4 试样炭黑的测试表面积SA(m2/g)按式(1)计算。SA = SSRB.l Vo - V A.一亏了一. .( 1 ) 式中:SSRBl一一标准参比炭黑表面积(CTAB法)规定值81.6时/g;V。一一标准曲线的截距;b一一标准曲线的斜率;V一一消耗的OT或SDS溶液的体积，mL;m一一试样质量，g。8 结果表示CTAB吸附比表面积SCTAB(m2/g)的计算公式按7.4规定。计算结果比GB3778中规定的有效位数增加一位，取其平均值，然后按GB8170进行数值修约。9 精密度9.1 重复性一一同一实验室两次测
14、试结果之差不超过3.1时/g。9.2 再现性一一不同实验室两个测试结果之差不超过4.7m2/g。10 试验报告试验报告应包括下列内容:a. 试样的完整编号及产地;b. 试验依据的国家标准编号FC. 两次测试结果的平均值Fd. 在标准中没有规定的操作方法pe. 记录试验中出现的异常现象。A1 试验概况GB/T 3780.5-91 附录ACTAB溶液校正系数和Vo值计算实例(参考件)取干燥过的工业标准参比炭黑SRB1做标准炭黑，其比表面积值为81.6 m2倍。称取0.2000、0.3000、0.4000、0.5000、0.6000g共五份试样，用OT溶液自动滴定至终点。A2 原始数据原始数据见表A
15、1。表A1序号试样量miB肖耗OT溶液体积Vmi2 mYi 计算比表面积SAg (mL) m2/g 1 0.2000 21. 69 0.0400 4.338 82. 65 2 0.3000 19.96 0.0900 5.988 81. 40 3 0.4000 18. 19 0.160 0 7.276 81. 23 4 0.5000 16.45 0.2500 8.225 80.86 5 0.6000 14.50 0.3600 8.700 82.21 2.000 90.79 0.9000 34.527 A3 用最小二乘法进行回归计算D = nImi2一(ImY= 0.5 ( A1 ) Zm;Vi
16、- ImiIV b=11 D1=一17.89.( A2 ) IV，三mi2-ImiViIm Vo=ln ! = 25.314 ( A3 ) =一半=4阳( A4 ) 求出斜率b(mL/g)、截距Vo(mL)后，则溶液标准曲线(见图A1)的回归方程为式(A5)。y = V o + bX ( A5 ) A4 结果表示标样炭黑CTAB吸附表面积测定值SA按式(A6)计算zS、a(Vo- V) 一A-m 式中:m一一标准炭黑质量，g;V一一消耗OT溶液体积，mL;a、V。一-A3中确定的校正系数(V。即标准曲线中的截距)。.( A6 ) GB/T 3780.5-91 mL 40 :U 10 0.2 0.3 0.4 。. 图Al附加说明:本标准由中华人民共和国化学工业部提出。本标准由化学工业部炭黑工业研究设计所归口。本标准由化学工业部炭黑工业研究设计所负责起草。本标准主要起草人高汉武、于桂芬。U.6 g 本标准等效果用美国试验与材料协会标准ASTMD 3765-85炭黑一-CTAB表面积标准试验方法儿
