GB T 3780.5-2008 炭黑.第5部分 比表面积的测定.CTAB法.pdf

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1、ICS 83，04030G 49 缮雷中华人民共和国国家标准GBT 378052008代替GBT 378052002炭黑 第5部分：比表面积的测定CTAB法Carbon black-Part 5：Determination of specific surface areaCTAB test method2008-05-14发布 200810-01实施宰瞀鹳紫瓣訾糌瞥鐾发布中国国家标准化管理委员会况19刖 吾GBT 378052008GBT 3780(炭黑分为如下几个部分：第1部分：吸碘值试验方法；第2部分：吸油值的测定；第4部分：压缩试样吸油值的测定；第5部分：比表面积的测定CTAB法；第6部

2、分：着色强度试验方法；第7部分：pH值的测定；第8部分：加热减量的测定；第10部分：灰分的测定；第12部分：杂质的检查；第14部分：硫含量的测定；第15部分：甲苯抽出物透光率的测定；第17部分：粒径的间接测定反射率法；第18部分：在天然橡胶(NR)中的鉴定方法；第21部分：橡胶配合剂筛余物的测定水冲洗法。本部分是GBT 3780的第5部分。本部分修改采用ASTM D 3765：2004炭黑标准试验方法CTAB表面积(英文版)。本部分根据ASTM D 3765：2004重新起草。为了方便比较，在资料性附录A中列出了本部分章条编号与ASTM标准章条编号的对照一览表。考虑到我国国情，为方便标准使用者

3、，在采用ASTM D 3765：2004时傲了一些修改。本部分与ASTM D 3765：2004的主要差异如下：修改了标准名称，根据统一标准名称的要求；增加GB 3778、GBT 8170，以适应我国国情(本部分的第2章)；将ASTM D 3765：2004的516所规定的烘箱温度可以控制在(125土5)，修改为本部分的温度可以控制在(1251)，为了标准的统一(本部分的57)；删除了手工法用OT滴定CTAB的方法及相应的试剂与设备，因为手工法精度较低(ASTMD 3765：2004的108、10，92)；增加了国产标准参比炭黑(SRB3#)(本部分的45)；OP溶液浓度改为0015，可省去加

4、水步骤(ASTM D 3765：2004的69；本部分的44)；用5 cm3替代10 cm3的移液管(ASTM D 3765：2004的512；本部分的59)，目前我国广泛使用的设备炭黑比表面积测定仪或电位滴定仪，测定池规格仅使用于5 cm3的溶液；删除了ASTM D 3765：2004的58“玻璃漏斗”、59“玻璃瓶”、510“滴定管”、611“配量型吸量管”、514“滴瓶”、515“广口瓶”、517“微型聚光镜”、518“TFE塑料管线密封带”、519“磁力搅拌器”、520“常用的适于制备与贮存试剂的容器”、523“温度计”、524“聚乙烯管”，由于删除部分均为本部分所使用设备的附属部分，

5、因此未一一列举；增加了试验环境的要求，因为环境因素对该试验的测试结果影响显著(本部分的7)；将ASTM D 3765：2004的8“试剂标定”更名为本部分9的“相关性系数的确定”，因为本部分所使用的溶液需确定Yo、a、b等参数，而不是标定；TGBT 378052008改浸泡滤膜过滤为干滤膜过滤，因为滤膜自身特点及浸泡液的浓度会影响测试结果(ASTM D3765：2004的106注6；本部分的84)；过滤过程改为将试液直接全部倒人滤筒，最初10 cm3弃去不用，收集冒出白泡前的所有滤液进行测试，因为滤液收集过程会影响测试精度(ASTMD 3765：2004的107；本部分的85)；为了适合我国国

6、情，仪器法滴定试样时，试样溶液移取5 cm3替代10 cm3(ASTM D 3765：2004的10914；本部分的87)；增加了测试结果的取值方法，为了结果取值的规范化(本部分的102)；删除了ASTM D 3765：2004的131134、137关于精密度、偏差的描述及具体计算方法，因为如何计算方法的精密度另有国家标准进行规定；增加了附录B“相关性系数的确定及计算实例”；删除了第14章“关键词”。为便于使用，本部分还做了下列编辑性修改：a)“本标准”一词改为“本部分”；b)采用国际单位制单位；c)增加了资料性附录A“本部分章条编号与ASTM D 3765：2004章条编号对照表”。本部分代

7、替GBT 378052002橡胶用炭黑比表面积的测定 CTAB法。本部分与GBT 37805 2002相比主要变化如下：a)修改了标准名称；b)删除了GBT 6682，(本版的第2章)；c)删除手工法OTSDS滴定CTAB的方法及SDS自动滴定CTAB的方法(2002年版的32、762、763、764)；d)删除SDS的溶液及相关试剂的配制方法(2002年版的45、46)；e)增加振荡机、电位滴定仪(2002版的51、53；本版的53、55)；f)删除滤膜处理方法(2002年版的56)；g)删除照明光源(2002年版的57)；h)删除lO cm3移液管(2002年版的59)；i)修改箱烘温度为

8、(125士1)(2002年版的58；本版的57)；j)修改了过滤方式(2002年版的74；本版的84、85)；k)增加了“炭黑的滤液如果透滤，试样应废弃，不能重新过滤”(本版的85注)；1)增加了“CTAB溶液的校准”(本版的第11章)；m)修改了精密度(2002年版的第10章；本版的第12章)；n)增加资料性附录A“本部分章条编号与ASTM D 3765：2004章条编号对照”；o)增加资料性附录C“SRB系列标准参比炭黑CTAB比表面积值与STSA外表面积文献值”。本部分的附录A、附录B、附录C均为资料性附录。本部分由中国石油和化学工业协会提出。本部分由全国橡胶与橡胶制品标准化技术委员会炭

9、黑分技术委员会(sAcTc 35SC 5)归口。本部分负责起草单位：中橡集团炭黑工业研究设计院。本部分参加起草单位：中橡(马鞍山)49学工业有限公司、宁波德泰化学有限公司。本部分主要起草人：聂素青、王定友、冯洁、曹金英、余艳。本部分所代替标准的历次版本发布情况为：GBT 378051983、GBT 378051991、GBT 378052002。炭黑第5部分：比表面积的测定CTAB法GBT 378052008警告使用本部分的人员应有正规实验室工作的实践经验。本部分并未指出所有可能的安全问题。使用者有责任采取适当的安全和健康措施，并保证符合国家有关法规规定的条件。1范围GBT 3780的本部分规

10、定了用十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)方法，测定炭黑外表面积的测试方法。本部分适用于橡胶用炭黑。2规范性引用文件下列文件中的条款通过GBT 3780的本部分的引用而成为本部分的条款。凡是注日期的引用文件，其随后所有的修改单(不包括勘误的内容)或修订版均不适用于本部分，然而，鼓励根据本部分达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本部分。GB 3778橡胶用炭黑GBT 8170数值修约规则GBT 9578标准参比炭黑3#3原理由于CTAB分子相当大，它不能吸附于炭黑的微孔内表面上。因此，CTAB表面积仅仅反映了炭黑与橡胶分子接触的有效表面积。炭黑在c

11、TAB水溶液中的吸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能迅速使吸附达到平衡。在滤去分散的胶体炭黑后，用磺基丁二酸钠二辛酯(OT)测定未被吸附的CTAB的量。试验结果均按工业着色参比炭黑ITRB或国产标准参比炭黑(SRB3#)确定其CTAB比表面积。4试剂与材料除非另有说明，在分析中仅使用分析纯的试剂和蒸馏水、去离子水或相当纯度的水。41缓冲溶液，pH=7：溶解2722 g磷酸二氢钾(KHzP04)，4260 g磷酸氢二钠(Na2HPq)和1-169 g氯化钠(NaCl)于1 dm3水中。42

12、CTAB溶液，c(C，。Ht：BrN)一o010 0moldm3：称取364 gCTAB(十六烷基三甲基溴化铵)溶解于900 cm3水中，加100 cm3缓冲溶液(41)，加热至2737溶解，使用前冷却至23-25。注：室温低于23将引起cTAB缓慢结晶。43 OT(磺基丁二酸钠二辛酯)溶液，c(Cz0H。，NaO，s)一0002 2 moldm3；称取1000 g 100的OT于含有25 cm3甲醛溶液(质量分数为37)的1 dm3水中，用磁力搅拌器剧烈搅拌48 h，盖紧盖子后置于阴凉干燥处停放12 d后使用。注1：启封的OT试剂需贮存在干燥器中。注2：OT溶液易产生降解，使用时应注意浓度变

13、化。44乳化剂OP(辛基苯基聚氧乙烯醚，曲拉通X-100)溶液，质量分数为0015：用磁力搅拌器在】GBT 378052008l dm3水中完全溶解015 g OP。45工业着色参比炭黑(ITRB，比表面积为830103 m2kg)或国产标准参比炭黑(SRB3#，比表面积为814103 m2kg)且符合GBT 9578。5仪器实验室常规设备及以下专用器械。51分析天平，精度为01 mg。52超声波电磁分散仪。注：国产TBY 50超声波电磁分散仪符合本部分要求。53振荡机，振荡频率为240 rrain，振幅不低于20 cm。54加压过滤装置(见图1)，能与加压空气或压缩氮气瓶相连接，耐压范围o。

14、4 MPa07 MPa。样品过滤筒，容积40 cm3，不锈钢材质，两端有64 mm开关，可承受07 MPa压力。注：国产TBY-20加压过滤器符合本部分要求。压力池一一一一一一1一一过滤罂压力计圈1 加压过滤装置示意图55炭黑比表面积测定仪或电位滴定仪。注：国产TBY-10炭黑比表面积测定仪符合本部分要求。56磁力搅拌棒，其表面有聚四氟乙烯或碳氟化合物的耐化学腐蚀涂覆层，直径64 mm或48 mm长度适用于50 em3或100 cm3烧杯、玻璃瓶或其他玻璃容器。57恒温干燥箱，重力对流型，温度可以控制在(125土1)。58微孔滤膜，孔径015 tzm，膜片尺寸(直径)应与过滤装置相匹配。59单

15、标移液管，容量5 cm3，GBT 12808 A级。510锥形瓶，容积分别为250 cm3、50 cm3，具塞。6采样按GB 3778的规定进行采样。7试验条件试验的环境温度应为(254-2)。2GBT 3780520088分析步骤81将足量的炭黑试样置于(125土1)的恒温干燥箱(57)中干燥1 h，然后置于干燥器中冷却至室温备用。82按表l的要求称取定量干燥过的试样(81)，于具塞250 cm3锥形瓶(510)中，精确至01 mg。表1称样量的要求炭黑类别 CTAB范围(10 3 m2kg) 样品质量gN100系列 125150 030NZ00系列 100130 035N300系列 751

16、05 O40N351N440 5075 060N500N600 3550 090NT00系列 2530 135注1：如果炭黑加热减量已知，干燥步骤可以省略，干燥试样质量可计算求得。注2：如果不知试样炭黑的类别，可按其氮吸附比表面积或吸碘值进行分类，称样量与滴定消耗的OT溶液的量应在溶液校正曲线的范围内。注3：牧状炭黑测试前应破碎。83准确加入3000 C1T13 CTAB溶液(42)于锥形瓶(82)中。可按831或832操作。注：加入溶液时注意防止溶液起泡，831 塞好瓶塞，放在振荡机(53)上振荡40 min。832加磁力搅拌棒(56)后塞紧瓶塞，放在超声波电磁分散仪(52)中，浸泡深度至少

17、50 mm，保持水浴温度2325，在水浴中超声1 rain，然后搅拌1 rain，再重复两次，总计时间6 min。84将于滤膜放人加压过滤装置的滤筒中，按加压过滤装置过滤筒的安装要求进行安装。85擦干锥形瓶外部的水滴，将炭黑试样和CTAB溶液的混合液全部倒人压滤筒中，拧紧上盖，安装到加压过滤装置上，接通压缩气，调节气体压力在04 MPa07 MPa，以滤出液体成快速滴状为宜。弃去最初流出的约10 cm3滤液，把在压滤筒下端出液口出现泡沫前流出的全部滤液收集在50 cm3锥形瓶(510)中，加盖，摇匀待测。注：炭黑的滤液如果透滤，试样应废弃，不能重新过滤。86按仪器说明书要求安装调试自动滴定仪(

18、55)，排净滴定仪所有管线及接口处的气泡。87移取5 cm3滤液(85)至清洁的石英杯(其温度应保持在23z5)中，加入t5 c群OP溶液(44)及磁力搅拌棒后，将石英杯置于仪器测定槽中(手不能接触石英杯的透光面)。按“滴定”键，滴定自动开始，数字显示器同时显示滴加体积(cm3)，待自动停止后，记录消耗的OT溶液体积v，精确至001 cm3。9相关性系数的确定91称取02 g、03 g、04 g、05 g,06 g共5份干燥的工业着色参比炭黑ITRB或国产标准参比炭黑SRB3#(45)，称准至01 mg。92按8387的步骤进行测定。93以OT溶液消耗量V；(cm3)为纵坐标，以试样质量mi(

19、g)横坐标做瞌线，用最小二乘法计算斜率b(cm3g)及截距Vo(crD3)，求出回归曲线。按101中的式(1)计算出比表面积，其计算结果与标准值的差值应不大于15103 m2kg，否则重复9193的步骤。注：计算实例参见附录B。3GBT 37805200894 vo和6就是在计算CTAB表面积时使用的相关系数。每配制一次CTAB溶液和OT溶液都需要确定相关系数。10结果计算101炭黑CTAB比表面积测定值以s计，数值以lo的三次方平方米每千克103 m2kg)表示，按式(1)计算。S一二苎坚塑!堡!丕!二! bm式中：S”RB(sm#)工业着色参比炭黑ITRB的CTAB比表面积文献值为8301

20、03 m2kg，标准参比炭黑SRB3#的CTAB比表面积标准值为814103 m2kg；y。标准曲线的截距；6标准曲线的斜率；y滴定炭黑试样CTAB溶液所消耗的OT溶液的体积的数值，单位为立方厘米(cm3)；m试样质量的数值，单位为克(g)。102计算结果保留两位小数，取其平均值，然后按报告要求或根据GB 3778中的规定，用GBT 8170进行数值修约。11 CTAB溶液的校准11I CTAB溶液降解较快，测试的最终结果的可靠性取决于降解的程度。因此，建议用与待测样品有类似CTAB表面积的标准参比炭黑(SRB)连续不断地监控溶液环境，以鉴定测试系统的可靠性。必要时，按8187重新作校准曲线。

21、112 SRB5系列标准参比炭黑的CTAB和STSA表面积值参见表c1，SRB6系列标准参比炭黑STSA外表面积的文献值及CTAB比表面积的计算值参见表c2。12精密度12I 重复性两次测试结果之差不超过其平均值的19。122再现性两次测试结果之差不超过其平均值的51。13试验报告试验报告包括以下内容：a)试样的名称及标识；b)本试验依据的标准；c)溶液校准时选用的标准参比炭黑及其规定的比表面积值；d)校准溶液用的砜及b值；e)试样质量；f)滴定试样所消耗的OT溶液的体积；g)试验结果(均值或中位数值、测试次数)；h)与分析步骤的差异及试验中的异常现象；i)试验日期。附录A(资料性附录)本部分

22、章条编号与ASTM D 3765：2004章条编号对照表A1给出了本部分章条编号与ASTM D 3765：Z004章条编号对照一览表。GBT 378052008表A1 本部分章条编号与ASTM D 3766：2004章条编号对照本部分章条编号 对应的ASTM标准章条编号警告 133 31、4，14悬置段 61、6Z、6841 6342 6443 65、664 4 6945 675354 5 5、56、5758511、514、515、51852055 521、522523、5，245 6 5357 51658 5459 512510 5136 778 lO81 lO182 10282注1 101

23、注382注2、注383、83注 103831832 10484 105、10685 1075GBT 378052008表A1(续)本部分章条编号 对应的ASTM标准章条编号85注 107注10886 1091187 1091210917109291 81、8292 8393 8494 85101 8610211 9111 9111Z 9，2121 135122 136附录A附录B附录C 9294注：表中的章条以外的本部分其他章条与ASTM D 3765：2004其他章条编号均相同且内容相对应。6B1试验慨况附录B(资料性附录)相关性系数的确定及计算实例GBT 378052008称取0200 0

24、 g、0300 0 g、0400 0 g、0500 0 g、0600 0 g共5份干燥过的工业着色参比炭黑ITRB，其比表面积值规定为830103m2kg。按8387的步骤用OT溶液滴定至终点。B2原始数据及计算(见表B1)表B1原始数据计算表试样量帆 消耗溶液OT体积U 比表面积s序号 m。2 批Kg cm3 (103 m2kg)l 0200 0 1848 0040 0 3696 0 8312 0300 0 1662 0090 0 4986 0 8293 0400 0 1474 0160 0 5896 0 8304 0500 0 12 88 0250 0 6440 0 8295 0600 0

25、 1100 0360 0 6600 O 830 2000 7372 0900 0 27618B3用最dx-乘法进行回归计算Dnm。2一(m：)205nm，u一m。VD堇!圣竺二圣堡!圣墨!D1870=2222n一辛“44求出斜率b(cm3g)、截距V。(cm3)后，则溶液标准曲线(见图B1)的liil归方程为YVoIbX试样质量mg图B1回归曲线7童u釜捌麟裙馨裴吕GBT 378052008B4结果表示标样炭黑CTAB比表面积测定值以s计，数值以10的三次方平方米每千克(103 rfl2kg)表示，按式(B1)计算：Sa(Vo-V)(B1)式中：m标准炭黑质量的数值，单位为克(g)；y消耗的O

26、T溶液体积，单位为立方厘米(cm。)5n、Vo校正系数(Vo即标准曲线中的截距)。附录C(资料性附录)SRB系列标准参比炭黑CTAB比表面积与STSA文献值C1表c1给出了SRB5系列标准参比裁黑CTAB比表面积和STSA值。表c1 SRB5系列标准参比炭黑表面积文献值表(；BT 378052008标准样品 STSA(m2g) CTAB比表面积(m2g)SRB A5(N135) 1246 1282SRB B5(N330) 731 774SRB C5(N220) 1117 117，3SRB D5(N762) 271 294SRB E5(N660) 343 375SRB F5(N683) 371

27、409C2根据SRB5的文献值，SRB6系列材料的STSA值可按式(c1)计算出CTAB比表面积值。CTAB=STSA1017 0+2643 4 (C1)C3表C2给出了SRB6系列标准参比炭黑STSA的文献值及CTAB比表面积的计算值。表C2 SRB6系列标准参比炭黑STSA的文献值及CTAB比表面积的计算值标准样品 STSA(m2g) CTAB比表面积(m2g)SRB A6(N134) 1357 1407SRB B6(N220) 1054 1098SRB C6(N326) 792 83 2SRB D6(N762) 296 327SRB E6(N660) 351 38 3SRB F6(N683) 341 37 39