چگونه توزیع اندازه ذرات کربن بلک N115 را اندازه گیری کنیم؟

به عنوان تامین کننده کربن بلک N115، من اهمیت اندازه گیری دقیق توزیع اندازه ذرات این ماده حیاتی را درک می کنم. کربن بلک N115 یک گرید کربن سیاه با کارایی بالا است که به دلیل خواص تقویتی عالی، ساختار بالا و فراریت کم شناخته شده است. به طور گسترده در صنایع مختلف از جمله درکربن سیاه برای لاستیکبرای افزایش استحکام و مقاومت در برابر سایش ترکیبات لاستیکی، دربتن کربن سیاهبرای بهبود خواص مکانیکی بتن، و دررنگ کربن سیاهبرنامه های کاربردی برای رنگدانه سیاه عمیق آن.

چرا توزیع اندازه ذرات را اندازه گیری کنیم؟

توزیع اندازه ذرات کربن بلک N115 به طور قابل توجهی بر عملکرد آن در کاربردهای مختلف تأثیر می گذارد. در ترکیبات لاستیکی، اندازه ذرات کوچکتر به طور کلی منجر به تقویت بهتر می شود، زیرا سطح بزرگتری را برای تعامل با ماتریس لاستیکی فراهم می کند. این منجر به بهبود استحکام کششی، مقاومت سایشی و استحکام پارگی محصولات لاستیکی می شود. در بتن، اندازه ذرات می تواند بر کارایی، زمان گیرش و دوام طولانی مدت ماده تأثیر بگذارد. برای کاربردهای رنگدانه، اندازه ذرات بر شدت رنگ، قدرت رنگ‌دهی و پراکندگی کربن سیاه در محیط تأثیر می‌گذارد.

روش‌های اندازه‌گیری توزیع اندازه ذرات

میکروسکوپ الکترونی

یکی از مستقیم ترین روش ها برای اندازه گیری اندازه ذرات کربن بلک N115 میکروسکوپ الکترونی است. معمولاً از میکروسکوپ الکترونی انتقالی (TEM) و میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) استفاده می شود.

در TEM، یک پرتو الکترون از طریق یک نمونه نازک کربن سیاه منتقل می شود. الکترون ها با ذرات برهم کنش می کنند و از تصویر حاصل می توان برای اندازه گیری اندازه و شکل تک تک ذرات استفاده کرد. TEM می‌تواند تصاویری با وضوح بالا ارائه کند که امکان اندازه‌گیری ذرات به کوچکی چند نانومتر را فراهم می‌کند. با این حال، آماده سازی نمونه برای TEM پیچیده و زمان بر است. کربن سیاه باید در یک حلال مناسب پراکنده شود و سپس روی یک لایه نازک نگهدارنده قرار گیرد.

از طرف دیگر SEM سطح نمونه کربن سیاه را با یک پرتو الکترونی متمرکز اسکن می کند. این تصاویر سه بعدی از ذرات ارائه می دهد که می توان از آنها برای اندازه گیری اندازه و مورفولوژی سطح آنها استفاده کرد. استفاده از SEM نسبت به TEM آسان‌تر است و آماده‌سازی نمونه نیاز کمتری دارد. با این حال، وضوح SEM به طور کلی کمتر از TEM است و ممکن است برای اندازه گیری ذرات بسیار کوچک مناسب نباشد.

پراش لیزری

پراش لیزری یک روش پرکاربرد برای اندازه گیری توزیع اندازه ذرات کربن بلک N115 است. در این روش یک پرتو لیزر از یک نمونه پراکنده کربن سیاه عبور داده می شود. ذرات نور لیزر را در زوایای مختلف پراکنده می کنند و شدت نور پراکنده تابعی از زاویه پراکندگی اندازه گیری می شود. بر اساس تئوری Mie در مورد پراکندگی نور، توزیع اندازه ذرات را می توان از الگوی پراکندگی اندازه گیری شده محاسبه کرد.

از مزایای پراش لیزر می توان به سرعت بالا، محدوده اندازه گیری وسیع و قابلیت تکرار خوب آن اشاره کرد. می تواند اندازه ذرات را از چند نانومتر تا چند میلی متر اندازه گیری کند. با این حال، پراش لیزر فرض می‌کند که ذرات کروی هستند، که همیشه برای کربن سیاه صدق نمی‌کند. ذرات کربن سیاه اغلب دارای اشکال نامنظم هستند که می تواند منجر به برخی عدم دقت در توزیع اندازه ذرات اندازه گیری شده شود.

پراکندگی دینامیک نور (DLS)

DLS تکنیک دیگری است که برای اندازه گیری اندازه ذرات کربن بلک N115 بخصوص برای ذرات در محدوده نانومتری استفاده می شود. در DLS، حرکت براونی ذرات در یک سوسپانسیون مایع با اندازه گیری نوسانات در شدت نور پراکنده نظارت می شود. ضریب انتشار ذرات مربوط به شعاع هیدرودینامیکی آنها است که با استفاده از معادله استوکس - انیشتین قابل محاسبه است.

DLS یک روش حساس برای اندازه گیری ذرات کوچک است و می تواند اطلاعاتی در مورد توزیع اندازه ذرات در زمان واقعی ارائه دهد. با این حال، به وجود سنگدانه ها و آلاینده ها در نمونه بسیار حساس است. سنگدانه ها می توانند خطاهای قابل توجهی در اندازه ذرات اندازه گیری شده ایجاد کنند و پراکندگی مناسب کربن سیاه برای نتایج دقیق بسیار مهم است.

آماده سازی نمونه برای اندازه گیری اندازه ذرات

صرف نظر از روش اندازه گیری مورد استفاده، آماده سازی نمونه مناسب برای اندازه گیری دقیق اندازه ذرات کربن بلک N115 ضروری است.

پراکندگی

کربن سیاه به دلیل انرژی بالای سطحی خود تمایل زیادی به آگلومره شدن دارد. برای به دست آوردن اندازه گیری دقیق اندازه ذرات، کربن سیاه باید به خوبی در یک محیط مناسب پراکنده شود. این را می توان با استفاده از هم زدن مکانیکی، مانند سونیکاسیون یا اختلاط با برش بالا، همراه با افزودن مواد پراکنده به دست آورد. پراکنده کننده ها مواد شیمیایی هستند که بر روی سطح ذرات کربن سیاه جذب می شوند و انرژی سطح آنها را کاهش می دهند و از تجمع آنها جلوگیری می کنند.

تمرکز

غلظت نمونه کربن سیاه در محیط پراکندگی نیز مهم است. اگر غلظت بیش از حد بالا باشد، ذرات ممکن است با یکدیگر تعامل داشته باشند که منجر به اندازه گیری های نادرست شود. از سوی دیگر، اگر غلظت خیلی کم باشد، سیگنال ممکن است آنقدر ضعیف باشد که به طور دقیق تشخیص داده نشود. برای اکثر روش های اندازه گیری، یک محدوده غلظت بهینه باید به صورت تجربی تعیین شود.

تجزیه و تحلیل داده ها و تفسیر

هنگامی که داده های اندازه ذرات به دست آمد، نیاز به تجزیه و تحلیل و تفسیر صحیح دارد. توزیع اندازه ذرات معمولاً به صورت هیستوگرام یا منحنی توزیع تجمعی ارائه می شود. متداول ترین پارامترهای مورد استفاده برای توصیف توزیع اندازه ذرات عبارتند از: اندازه ذرات میانه (D50)، اندازه متوسط ​​ذرات و گستره توزیع.

مقدار D50 نشان دهنده اندازه ذرات است که در آن 50٪ از ذرات حجمی کوچکتر و 50٪ بزرگتر هستند. این یک پارامتر مفید برای مقایسه نمونه های مختلف کربن بلک N115 است. اندازه متوسط ​​ذرات یک مقدار متوسط ​​از توزیع اندازه ذرات را ارائه می دهد، در حالی که دهانه نشان دهنده عرض توزیع است. یک دهانه باریک نشان دهنده توزیع یکنواخت اندازه ذرات است که اغلب در بسیاری از کاربردها مطلوب است.

کنترل و تضمین کیفیت

اندازه گیری دقیق توزیع اندازه ذرات کربن بلک N115 برای کنترل کیفیت بسیار مهم است. به عنوان یک تامین کننده، ما باید اطمینان حاصل کنیم که محصولات ما نیازهای اندازه ذرات مشخص شده مشتریان را برآورده می کند. این را می توان با کالیبراسیون منظم تجهیزات اندازه گیری، استفاده از مواد مرجع تایید شده و پیروی از روش های عملیاتی استاندارد برای آماده سازی و اندازه گیری نمونه به دست آورد.

علاوه بر این، ما همچنین نیاز به ایجاد یک سیستم کنترل کیفیت برای نظارت بر ثبات توزیع اندازه ذرات محصولات خود در طول زمان داریم. این می تواند به ما کمک کند تا هرگونه مشکل احتمالی در فرآیند تولید را شناسایی کرده و اقدامات اصلاحی را به سرعت انجام دهیم.

نتیجه گیری

اندازه گیری توزیع اندازه ذرات کربن بلک N115 یک کار پیچیده اما ضروری است. می توان از روش های مختلفی مانند میکروسکوپ الکترونی، پراش لیزری و پراکندگی نور دینامیکی استفاده کرد که هر کدام مزایا و محدودیت های خاص خود را دارند. آماده سازی مناسب نمونه، تجزیه و تحلیل داده ها و کنترل کیفیت برای به دست آوردن نتایج دقیق و قابل اعتماد بسیار مهم است.

به عنوان تامین کننده کربن بلک N115، ما متعهد به ارائه محصولات با کیفیت بالا با توزیع اندازه ذرات سازگار هستیم. اگر علاقه مند به خرید کربن بلک N115 برای برنامه خاص خود هستید، از شما دعوت می کنیم تا برای بحث دقیق در مورد محصولات ما و اینکه چگونه آنها می توانند نیازهای شما را برآورده کنند با ما تماس بگیرید. ما مشتاقانه منتظر همکاری با شما هستیم تا بهترین راه حل ها را برای کسب و کار خود بیابیم.

مراجع

• ASTM D3849 - 14 (2020). روش تست استاندارد کربن سیاه - اندازه و شکل ذرات توسط میکروسکوپ الکترونی.
• ISO 13320:2020. تجزیه و تحلیل اندازه ذرات - روش های پراش لیزری.
• ISO 22412:2017. تجزیه و تحلیل اندازه ذرات - پراکندگی دینامیک نور (DLS).