[发明专利]用黑度分布曲线测定炭黑分散性的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用黑度分布曲线测定炭黑分散性的方法,属于化工原料炭黑的生产和应用领域。

背景技术

炭黑是一种纳米级的粉状材料，粒径小（一般只有6～100纳米），比表面积大、表面能高，易絮聚，是所有颜料中最难分散的。炭黑界一直认为炭黑的本质特性在于炭黑的粒径（比表面积）、结构和表面活性。炭黑的各种特性的测定一般都是在亚麻仁油中测定的，纳米的炭黑分散在亚麻仁油中，形成的体系可以称之为胶体，由于粒径、结构、表面活性的差异，不同的炭黑在不同浓度胶体中的分散状态各异，这种差异主要表现在絮聚程度的差异。一旦发生絮聚，则胶体中的粒子较小炭黑絮聚成平均粒径较大的絮凝体，体积变大，比表面积变小，胶体对光源可见光的吸收能力则减弱，反射光则增强，人眼或测色仪对颜色的判断则越灰。因此，炭黑在胶体中的分散性决定炭黑的絮凝程度，也就是决定了炭黑的黑度，反之亦然，人们可以根据炭黑的黑度的变化，间接地判断炭黑的絮聚程度，也即炭黑的分散性水平。

前人的研究表明，亚麻仁油中炭黑的黑度差异应该同时受两个物理定律的左右：

第一个物理定律是“朗伯-比耳定律”：

当一束平行的单色光垂直通过某一均匀的、非散射的吸光物质溶液时，其吸光度(A)与溶液液层厚度（b）和浓度（c）的乘积成正比。它不仅适用于溶液，也适用于均匀的气体、胶体、固体状态，是各类光吸收的基本定律，也是各类分光光度法进行定量分析的依据。即

A＝ kbc

其中，k称为吸收系数。结合本发明涉及的炭黑在亚麻仁油中的浓度，“朗伯-比耳”定律的结论是，炭黑的浓度越高，则墨膜越黑。

第二个物理定律是“胶体的经典稳定理论——DLVO理论”：

DLVO理论是用胶体颗粒间的吸引能和排斥能的相互作用来解释胶体的稳定性和产生絮凝的原因。DLVO理论可简要概括为：（1）胶体里的固体微粒吸附溶质以后形成带电的胶团，胶团之间既存在斥力势能，又存在引力势能；（2）胶体系统的相对稳定性取决于斥力势能和引力势能的相对大小，当斥力势能大于引力势能时，可阻止由于布朗运动使粒子相撞而粘结，胶体处于稳定；当引力势能大于斥力势能时，胶团由于相对靠拢而发生絮聚；（3）斥力势能、引力势能以及总势能都随粒子间距离的变化而变化，且在某一距离范围吸力占优势，而在另一距离范围内斥力占优势，如图1所示。

综合“朗伯-比耳定律”和“胶体的经典稳定理论——DLVO理论”不难看出，某种炭黑在亚麻仁油中的浓度从1%不断递增的过程中，如果黑度逐步提高（L*黑度的值下降）时，“朗伯-比耳定律”处于主导地位，反之，若黑度逐步降低（L*黑度的值增大）时，则“胶体的经典稳定理论——DLVO理论”处于主导地位，分散体系里一定出现了炭黑的絮聚现象，絮凝体的直径不断增大，直至出现稳定状态。因此，可以根据对黑度分布曲线定量分析该炭黑的分散性特征。

目前，在橡胶行业，炭黑分散度的测量方法主要为ASTM D 2663《橡胶炭黑分散度测定方法》，其方法有两类：

第一，间接测定法。根据混炼胶的性能（如门尼粘度、挤出收缩率、电阻率等）来估算炭黑的分散度。

第二，直接测定法。首先按规定配方将炭黑混炼到胶料中，再用锋利的刀片对混炼

胶做切片处理，再将混炼胶切片放到摄像仪下，在计算机屏幕上清晰地显示出炭黑粒子在橡胶中分布的彩色图案 ,经逐行扫描，根据粒径测量、表面粗糙度分析，取得合理地刻划炭黑粒子分散性的数量指标，由计算机自动判别出待测胶料炭黑分散度的级别 。

涂料、油墨等行业评价颜料分散性的方法有国标GBT 21867.1《颜料和体质颜料 分散性的评定方法 第1部分：由着色颜料的着色力变化进行评定》、《GBT 21867.2颜料和体质颜料 分散性的评定方法 第2部分：由研磨细度的变化进行评定》、GBT 21867.3《颜料和体质颜料 分散性的评定方法 第3部分：由光泽的变化进行评定》三种，这些试验都是在“商定的漆基体系”中进行的，试验的结果缺少普遍性，缺少系统的定量标志，缺少可比性。

发明内容

为克服上述不足，本发明目的在于提供一种用黑度分布曲线测定炭黑分散性的方法。

本发明的方案如下：用黑度分布曲线测定炭黑分散性的方法，包括以下步骤：

步骤一，确定炭黑在亚麻仁油中不同浓度的黑度测定点；

步骤二，用亚麻仁油为研磨介质，研磨不同浓度的炭黑墨浆；

步骤三，按照规定的方法，在玻璃片上制得不同浓度的炭黑墨膜；