炭黑分析仪(安东帕Litesizer 500｜炭黑在不同有机相溶剂中的稳定性)

Posted 2023-06-01

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炭黑分析仪(安东帕Litesizer 500｜炭黑在不同有机相溶剂中的稳定性)

炭黑和煤是人类最早使用碳的形式，炭黑是含碳物质（煤、天然气、重油、燃料油等）在空气不足的条件下经不完全燃烧或受热分解而得的产物。

炭黑是一种广泛应用于轮胎、橡胶、涂料和油墨等领域的材料。由于炭黑颗粒大小和分散的稳定性都会影响最终产品的性能，所以对这些参数的表征极其重要。对分散在不同有机溶剂中的炭黑进行了测试，考察了不同炭黑分散体系的稳定性。

应用领域

轮胎和橡胶制品作为橡胶的添加剂，用作填充剂或增强剂
塑料和化学工业用于导电包装层、涂料和薄膜
涂料用于增强汽车、木材和航空航天工业等的着色或导电性能
喷墨油墨和碳粉作为黑色着色剂，增强配方中颜色强度

炭黑产品由10到300纳米的球形小颗粒组成。初级炭黑颗粒通常会形成较大的团聚体，团聚体往往会形成更大的团聚体。炭黑颗粒的大小很重要，因为它会影响炭黑粉末的颜色强度和分散性能。一般来说，通过减小粒径，炭黑黑度会增强。

炭黑通常分散在水性介质中，但在一些应用中，粉体需要分散在有机溶剂中。表征有机溶剂中炭黑的稳定性是非常重要的，因为它涉及到油漆、涂料、农药、润滑技术和制药工业等广泛的应用。

可以通过测定分散体系的zeta电位，粒径分布，来确定最适合分散炭黑的有机溶剂。

使用安东帕Litesizer 500仪器及其Univette配件，研究了炭黑不同有机溶剂分散体的粒径分布及其稳定性。

实验准备

使用以下有机溶剂制备了三种炭黑分散体

样品1:甲苯-Toluene(介电常数2.38)

样品2:庚烷-Heptane(介电常数1.91)

样品3:甲基乙基酮- MEK(介电常数15.94)

所有样品的最终浓度均为1 mg/mL。将分散液超声15分钟，静置过夜。然后将900μl 样品的上清液转移到石英样品池中，将安东帕Univette电极浸在此石英样品池中。此样品池可同样用来测量样品的粒径分布。每个样品在25°C下重复测量三次

实验分析

样品1(甲苯Toluene)

甲苯为溶剂的炭黑分散液zeta电位测量值为-212.5 mV，表明此分散液非常稳定。测量的zeta电位分布如图1所示，结果汇总在表1中。

如图2所示，分散在甲苯中的炭黑粒径分布呈单峰，平均粒径为876.5 nm，说明不存在较大的颗粒和团聚体。这与样品的高zeta电位值结论一致，这表明样品是稳定的，无团聚趋势。

样品2(庚烷Heptane)

样品2测得的zeta电位值极低，平均值为-5.1 mV，其分布如图3所示。因样品制备后，沉淀非常明显，且有明显的上清液。所以较低的电位值在预期范围内。

此样品虽然可测得一个电位值，但粒径测试却无法得到一个可靠值。因为样品浓度（散射体积）太低，这可以从粒径测试中的低光子计数率(43.9 kcounts / s)看出(图4)。这表明，分散液中颗粒数非常低，大部分样品颗粒沉淀在底部，此样品不稳定。

样品3(甲基乙基酮MEK)

MEK为溶剂的炭黑分散液粒径分布呈现双峰，双峰的位置分别是255.3 nm和2318 nm(图6)。分散液电位值为-286.6 mV(图5中，表1)，非常稳定。但双峰中大粒径颗粒的存在表明，尽管初级粒子之间的静电排斥非常高，但样品仍趋于团聚，进而形成更大粒径的团聚体。

结论

通过对三种炭黑分散液样品的稳定性和粒径分布进行了研究。结果表明，分散液的质量和稳定性在很大程度上取决于所用的分散剂。安东帕Litesizer 500仪器及其Univette样品池可用来有效测试有机溶剂样品的粒径和Zeta电位。

安东帕Litesizer 500 是用于表征分散型样品和溶液中纳米颗粒以及微颗粒的仪器。它可通过测量动态光散射 (DLS)、电泳光散射 (ELS) 和静态光散射 (SLS) 来测定颗粒尺寸、zeta 电位和分子量。此外，Litesizer 500 是唯一一款基于 DLS 的颗粒分析仪可以对样品的折光率进行简洁明了的测量。