橡胶用炭黑的吸碘值测定试验研究.doc

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1、毕业论文GRADUATE THESIS 论文题目: 橡胶用炭黑的吸碘值测定试验研究学生姓名： 专业班级： 学 号：院 系：指导教师： 2010年6月5日目录摘 要1ABSTRACT2引 言31.炭黑的基本概况41.1 分类41.2 炭黑的结构41.2.1 微观结构41.2.2聚集体形态61.3 基本性质61.3.1 化学性质61.3.2比表面积82. 吸碘值的测定试验92.1吸碘值的测定试验的原理与方法92.1.1吸碘值概念92.1.2 吸碘值原理92.2吸碘值测定试验的仪器和试剂92.2.1 仪器92.2.2试剂102.3吸碘值的测定试验过程102.4吸碘值的测定试验结果113. 炭黑吸碘值

2、测定试验结果的影响因素分析133.1 溶液浓度对测试结果的影响133.1.1 碘标准溶液的影响133.1.2 硫代硫酸钠标准溶液浓度的影响143.2 碘溶液中碘和碘化钾的比例对测试结果的影响153.3 溶液环境对测试结果的影响163.3.1 溶液温度对测试结果的影响163.3.2 溶液酸碱性对测试结果的影响163.3.3 溶液测试环境对测试结果的影响163.4 操作过程对测试结果的影响173.4.1 滴定对测试结果的影响173.4.2 指示剂对测试结果的影响173.5 试样称量的影响183.6 炭黑挥发分的影响183.7正戊醇加否的影响194. 提高炭黑吸碘值测定结果的准确度的方法204.1

3、碘酸钾-碘化钾基准溶液浓度204.2 炭黑吸附204.3 炭黑称样量204.4 测试温度21结 论22致 谢23参考文献24摘 要我国是最先制造和应用炭黑的国家,早在3000多年前就掌握了烧烟制墨技术.炭黑主要用作橡胶补强剂,是仅次于生胶的第二大橡胶材料, 测定炭黑比表面积的一种常用方法是测定吸碘值,吸碘值是橡胶用炭黑和乙炔炭黑化学性能中最重要的测试项目. 由于炭黑的吸碘过程是个非常复杂的过程，这个过程与炭黑比表面积、表面孔隙的分布性及碘和炭黑的相互作用有关，从炭黑的结构、性质分析了炭黑的吸附性质及其对碘的吸附过程和影响吸碘值因素进行分析，着重对标准溶液浓度、称样量、测试环境和滴定过程对吸碘值

4、的影响进行分析，并且缩小检验误差。关键词：炭黑 比表面积 吸碘值 吸附 影响因素ABSTRACTChina is the first country of manufacture and application of carbon black, as early as 3000 years ago had mastered burning smoke ink technology. Carbon black is mainly used as rubber reinforcing agent of rubber, is second only to the second rubber mate

5、rials, determination of specific surface area of carbon black is an established method for determination of iodine value, iodine value is rubber with carbon black and acetylene carbon black and chemical properties of the most important test items. As a result of carbon black of iodine absorption pro

6、cess is a very complex process, the process and the carbon black surface area, the surface pore distribution and iodine and CB interaction, from the structure of carbon black, analyzed the nature of carbon black and its adsorption properties of iodine adsorption process and the effects of iodine abs

7、orption factors were analyzed, focusing on the concentration of standard solution, sample weight, test environment and titration of iodine absorption effect are analyzed, and the smaller the inspection error.Key words: carbon black; surface area; of iodine absorption number， adsorption and; influenc

8、e factor , 引 言炭黑主要用作橡胶补强剂,是仅次于生胶的第二大橡胶材料,在橡胶工业中的消耗量约占总产量的89.5 %(其中在轮胎中的消耗量约占总产量的67.5 %)。此外,炭黑作为着色剂、导电剂或抗静电剂及紫外线屏蔽剂等广泛用于塑料、涂料、油墨和干电池等领域。目前全球炭黑的年消耗量已超过800 万t1。橡胶用炭黑需要检验一些指标,检验指标的使用意义有两个.一是检测炭黑自身的性质,二是检测炭黑添加到橡胶中以后胶料的性能.第一部分中的指标直接会影响第二部分的检测结果,二者有密切的关系.一般反映炭黑性能主要有四项:粒径和粒径分布,比表面积,结构和结构性,表面化学性质等.其中,测定炭黑比表面

9、积的一种常用方法是测定吸碘值,吸碘值是橡胶用炭黑和乙炔炭黑化学性能中最重要的测试项目.几乎所有的炭黑生产企业 、规模较大的轮胎企业及橡胶制品生产企业对每一批炭黑产品都要做吸碘值测定，并且这种测定方法是最简单、快速的。炭黑吸碘值测定标准方法具有成熟的理论基础，多年来的应用表明，该方法的实用性很强。因此，每个炭黑生产企业和大部分炭黑使用单位均建立了这一方法的操作系统。由于炭黑的吸碘过程是个非常复杂的过程，这个过程与炭黑比表面积、表面孔隙的分布性及碘和炭黑的相互作用有关，故GB/T3780.1-91炭黑吸碘值测定方法中对标准溶液浓度、温度、称样量及炭黑挥发分等做了规定。 本文就橡胶用炭黑的吸碘值测定

10、试验进行研究,并对其影响炭黑吸碘值的几点因素对其进行分析,以提高其准确度。1. 炭黑的基本概况炭黑由烃类化合物(液态或气态) 经不完全燃烧或热裂解制成,主要由碳元素组成,以近似球体的胶体原生粒子及聚集体形式存在,外观呈黑色粉末。炭黑一般加工(造粒) 成直径为12 mm的粒状产品使用。1.1 分类按制造方法,炭黑可分为不完全燃烧法炭黑和热裂解法炭黑两大类。不完全燃烧法炭黑包括:油炉法炭黑、气炉法炭黑、灯烟法炭黑、喷雾法炭黑、槽法炭黑、滚筒法炭黑和混气法炭黑；热裂解法炭黑包括:热裂法炭黑、乙炔法炭黑和等离子体法炭黑。不完全燃烧法炭黑产量占炭黑总产量的97 %以上,而油炉法炭黑产量和需求量均占不完全

11、燃烧法炭黑总量的95 %以上。按用途,炭黑可分为橡胶用炭黑和非橡胶用炭黑两大类。按填充胶料性能,炭黑可分为硬质炭黑和软质炭黑两大类。硬质炭黑多用于胎面胶,又称为胎面炭黑,其填充的胶料硬度较高、强伸性能和耐磨性能较好;软质炭黑多用于胎体胶,又称胎体炭黑,其填充的胶料硬度和生热较低、弹性较好。1.2 炭黑的结构炭黑的结构和性质决定其使用性能 , 全面了解炭黑的结构和性质对合理应用炭黑十分重要。1.2.1 微观结构炭黑粒子连接在一起并熔结而成的三维空间聚集体结构称为一次结构或原生结构。聚集体之间由范德华力凝聚而成的附聚体结构称为二次结构或暂时结构。一般而言 ,炭黑的一次结构牢固 ,在胶料混炼过程中不

12、易被破坏,存在于混炼胶和橡胶制品。但混炼强力过大和时间过长,部分一次结构,尤其是链枝较多和较长的高结构炭黑的一次结构会被破坏。炭黑的二次结构疏松,在炭黑的造粒 、压缩和胶料的混炼过程中易被破坏。炭黑复杂的一次和二次结构使其存在大量的空隙,如造粒前炭黑的空隙容积率为97%98 %,造粒后为80%左右。炭黑的空隙容积与结构直接相关,结构高的炭黑空隙容积较大,结构低的炭黑空隙容积较小,因此可用空隙容积来度量炭黑结构。 在自然界中,由元素碳组成的固形物质一般分为晶体和无定形体两大类。晶体碳有金刚石、石墨及近年来发现的富勒结构碳(球烯),无定形体碳主要有焦炭和木炭等。图1 金刚石(左)和石墨(右)的晶体

13、结构图金刚石和石墨的晶体结构见图1。金刚石的碳原子晶格呈交错整齐排列的稳定立体结构每外4个碳原子相连 ,其具有极高的硬度。石墨晶体属六方晶系, 呈多层叠合结构,各层面称为基面,各基面的碳原子以正六角形排列每个碳原子原子相连构成二维有序的平面网;相邻基面的碳原子错开排列,即每层基面的每个碳原子六角网格中心均正对相邻下层基面的一个碳原子,每隔一基面,碳原子的排列相同,呈ABABAB 的三维空间排列。由于基面间的结合力较小,各基面很容易滑移,因此石墨的硬度较小。 图2 炭黑的微观结构炭黑的微观结构（见图2）最早用 X 射线衍射分析 。研究认为,炭黑粒子由许多叠层结构的微晶(基面一般为35 层,乙炔炭

14、黑粒子为67 层)构成。在微晶的叠层结构中2 ,各基面的碳原子排列结构(包括碳原子间距) 与石墨相同,各基面基本平行，只是基面间距（通常为0.34-0.41nm）比石墨大,少数基面存在扭曲和插层的无序堆积状态( 乱层结构)。1.2.2聚集体形态过去认为,炭黑的最小可分散单元是单个球形 ( 或近似球形) 原生粒子 , 原生粒子聚结而形成聚集体,一般用粒径和结构描述炭黑形态。新形态概念认为只有热裂法炭黑的最小可分散单元是单个球形或椭球形粒子,其微晶围绕一个生长中心分布;其它炭黑的最小可分散单元是聚集体 ,其结构为:众多微晶围绕多个生长中心分布形成连续网络,外层微晶则包围连续网络而形成独立石墨准晶体

15、单元。相对炭黑新形态概念而言 ,旧形态概念的原生粒子只是旋转石墨层中。新形态概念认为炭黑是以聚集体的形式存在于所应用的体系中,因此聚集体的形态直接影响炭黑的使用性能,炭黑形态学的主要研究对象是聚集体。1.3 基本性质按炭黑新形态概念,除热裂法炭黑外,其它炭黑并不存在独立的粒子,原生粒子只是聚集体旋转石墨层中的一个取向区域。尽管如此,目前仍然以原生粒子构成聚集体为基础探讨炭黑对橡胶的补强性能。1.3.1 化学性质1） 元素组成炭黑主要由碳元素组成,碳质量分数为0.900.99;此外,还含有少量的氧、氢、氮和硫等元素 ,其中氢分布在炭黑粒子内部和表面,其它元素则主要分布于炭黑粒子表面。不同品种的炭

16、黑元素组成不同。槽法炭黑的氧质量分数较大 ,在0.030.04之间;氢质量分数小于0.01。炉法炭黑的氧质量分数随粒径的减小而增大 ,但一般不超过 0.015;氢质量分数小于0.01;硫质量分数一般为0.006左右。色素炭黑的氧质量分数较大,在 0.040.08之间;氢质量分数小于0.01。热裂法炭黑的氧和氢含量均较小,且几乎不含硫。氧、氮、硫等“杂原子”主要键合在炭黑粒子表面的碳稠环晶体结构边缘和棱角处,或在晶格缺陷部位的碳原子上,极少数渗入内部形成杂环体系。这些元素在炭黑表面形成的复合物对炭黑使用性能有较大影响。2） 表面性质1. 酸性和碱性含氧量小的炉法炭黑粒子表面呈碱性 ,这主要是由于

17、炭黑表面巨大的芳香稠环为电子给予体(按路易斯酸碱理论,含电子对的物质呈碱性)。只有当炭黑表面上键合的氧较多,即形成的含氧基团(主要为羧基、酚基、 醌基和内酯基等)足以抵消路易斯碱性并有剩余时,炭黑表面才呈酸性。槽法炭黑和经氧化后处理的炭黑表面含氧基团较多,表面呈酸性。但是表面呈酸性的炭黑在惰性气体中经过加热“脱挥”处理后,其酸性表面会变成碱性。炭黑表面的酸碱性对胶料的硫化速度有一定的影响,即表面呈酸性的炭黑具有延迟胶料硫化的作用 ,表面呈碱性的炭黑有促进胶料硫化的作用。2. 表面活性和表面能炭黑表面活性是炭黑粒子表面官能团和活性点与橡胶分子发生化学反应的能力 ,炭黑表面能或自由能是炭黑粒子吸附

18、橡胶分子的能力,它们分别从化学和物理角度表征炭黑与橡胶的作用能力。炭黑的粒径(或比表面积)、结构(聚集体形态)、 表面活性和表面能是决定炭黑与橡胶相互作用的主要因素。橡胶用炭黑表面活性和表面能越高 ,补强性能越好。长期以来 ,由于缺乏有效、精确的测试仪器 ,炭黑表面能的研究进展不大。近年来,反相气体色谱( IGC)法在炭黑表面性质测试中的应用有力推动了炭黑表面能的研究。该法以炭黑为固定相,以注入的溶剂为探测剂 ,在探测剂无限稀释的条件下测试炭黑表面对探测剂的吸附能或附聚能。IGC研究结果表明3,炭黑的表面能取决于微观结构。一般来说 ,炭黑的微晶尺寸随比表面积的增大而减小 ,表面能则随微晶尺寸的

19、减小而增大。炭黑粒子越小 ,微晶尺寸越小,微晶的边缘、晶格缺陷和不饱和电荷越多,也就是表面活性点和高能部位越多,表面能越高。这也可以从经石墨化处理后,炭黑的微晶尺寸增大、晶格缺陷等活性点减少、表面能降低得到证明。炭黑粒子表面能的分布是不均匀的。一般来说 ,炭黑粒子表面高能部位较少,低能部位较多。但经石墨化处理的炭黑粒子表面能分布较均匀 ,原因是粒子表面高能和低能部位减少或消除。高能部位减少或消除可能是晶格缺陷和微晶边缘棱角减少或消除造成的,低能部位减少或消失可能是炭黑表面官能团减少或消除导致的。1.3.2比表面积炭黑的比表面积是指单位质量炭黑粒子表面积的总和。炭黑的表面积包括外表面积(又称光滑

20、表面积)和内表面积(孔隙内表面积)炭黑的总表面积是外表面积和内表面积的和。炭黑的比表面积与粒径大小成反比,即粒径小的炭黑比表面积大,粒径大的炭黑比表面积小。在橡胶用炭黑中,软质炭黑N500N700和热裂法炭黑N800N900的粒子表面较光滑、无孔,比表面积较小;硬质炭黑N100N300 的粒子表面较粗糙、有少量微孔,比表面积较大。由于生产时空气流量大或和经氧化后处理,非橡胶用色素炭黑表面存在较多微孔,其比表面积大于相同粒径的橡胶用炭黑,如高色素炉法炭黑的粒径与炭黑N115 相当,但比表面积却大于炭黑N115。而高结构超导电炭黑的比表面积一般小于粒径相当的炭黑N110和N220 ,这是由于在高结

21、构超高导电炭黑聚集体中粒子较多,粒子间融接面积较大,粒子的实际比表面积较小。炭黑表面粗糙度与炭黑比表面积相关,可用炭黑总比表面积与外比表面积的比值表征。粒子表面光滑、无孔的炭黑,外比表面积等于总比表面积,表面粗糙度为1;粒子表面粗糙、多孔的炭黑,总比表面积大于外比表面积,表面粗糙度大于1。常用的炭黑比表面积测定方法有电子显微镜法、氮吸附法、统计吸附层厚度法、吸碘值测定法和CTAB 吸附法. 其中吸碘值法是目前常用的橡胶用炭黑比表面积测试方法,也是控制炉法炭黑生产质量的主要检测方法之一。2. 吸碘值的测定试验2.1吸碘值的测定试验的原理与方法2.1.1吸碘值概念 将炭黑试样干燥、称量，并与一定体

22、积的碘标准溶液剧烈混合，使其充分吸收碘溶液的过饱和液，然后把混合物进行抽滤，取一定体积分离后的清澈碘溶液，用标准硫代硫酸钠溶液进行滴定，使其与剩余的碘进行反应。2.1.2 吸碘值原理炭黑吸碘值测定方法是建立在吸附反应和氧化-还原反应原理上的，其中有两点需要特别说明；（1）该方法中碘酸钾溶液标定硫代硫酸钠标准溶液、硫代硫酸钠标准溶液滴定碘溶液的反应均是不可逆的氧化还原反应，反应很彻底，也就是说，碘溶液与炭黑吸附达到平衡前、后的溶液浓度可以做准确标定或滴定；（2）碘溶液中的碘分子与炭黑之间的吸附是以物理吸附为主，进行吸附反应时的环境条件必须作出合理的规定。2.2吸碘值测定试验的仪器和试剂2.2.1

23、 仪器 (1) 实验天平 （2）数字显示垫子滴定器 （3） 250ml容量的锥形瓶 （4）20ml和50ml两种容量的移液管 （5）玻璃管和滤瓶 （6）容量为30ml的玻璃过滤坩埚，4号滤孔制备试剂还需要以下仪器：（1） 分析天平（2） 容量1L的量瓶（3） 胖肚移液管5ml2.2.2试剂 （1）碘溶液 C=0.0473 mol/l(以0.002的精度称量出6，000g碘，以0.01g的精度称量出57g的碘化钾，将这两者放入量瓶中并溶解为1L的溶液。） （2）硫代硫酸钠溶液C=0.0394g/mol(以0.0002g的精度称量出9.7810gNa2S2O35H2O,并将其放入1L的量瓶中用50

24、0ml的水进行稀释，然后向量瓶中加水至1L刻度处。) （3）淀粉溶液 （大约2.5g淀粉悬浮于25ml的水中。将悬液注入1000ml的沸水中，并煮沸约5分钟直至得到澄清的溶液。淀粉溶液应存放于深色的存储瓶中。）2.3吸碘值的测定试验过程1）按表1规定称取定量干燥炭黑（精确到0.2mg）表1吸碘值范围/（g/kg）试样量/g试样量（g）与碘标准溶液（cm3）比率0130.90.50001：50乙炔炭黑0.50001：100131.0280.90.25001：100281.0520.90.12501：200521.0以上0.06251：400注：为方便做平行实验，根据吸碘值范围，本方法每次炭黑称样

25、为1g、0.5g等等2）空白值（对于新的硫代硫酸钠溶液或碘溶液需要测定空白值。） （1）使用胖肚移液管将20ml碘溶液注入锥形瓶中。 （2）使用硫代硫酸钠溶液进行滴定，直至液体变为浅黄色。 （3）继续加入约1ml淀粉溶液，然后继续滴定，直至蓝色消失。 （4）至少应进行两次空白值的测定，以获得空白值的平均值。3）吸碘值 （1）以0.001g的精度使用锥形瓶按试样量标准称取炭黑. （2）使用胖肚移液管将50ml碘溶液注入到锥形瓶中并摇动2分钟。 （3）让炭黑沉淀2分钟，然后使用玻璃过滤坩埚进行过滤。 （4）分两次每次20ml向锥形瓶中吸移滤液。 （5）使用硫代硫酸钠溶液进行滴定，直至液体变为浅黄色

26、。 （6）继续加入约1ml淀粉溶液，然后继续滴定，直至蓝色消失。4)、 测量值 （1）在进行空白值测量时，消耗的硫代硫酸钠溶液的单位是ml. （2）以g为单位来称量炭黑 （3）在进行吸碘值测量时，消耗的硫代硫酸钠溶液的单位是ml.2.4吸碘值的测定试验结果5、 计算I=V0-V1V0IC126.91V1Im I-吸碘值，单位为克每千克（g/kg）V0-滴定空白碘溶液所消耗的硫代硫酸钠标准滴定溶液体积，单位cm3；V1-滴定炭黑试样碘所消耗的硫代硫酸钠标准滴定溶液体积，单位cm3；V0I -吸取原始碘溶液体积，单位cm3；V1I -完成吸附后分离液的取用体积，单位cm3；m-炭黑试样质量，单位c

27、m3；C -硫代硫酸钠溶液浓度，单位mol/L；126.91-碘原子的摩尔质量数值，单位g/mol。3. 炭黑吸碘值测定试验结果的影响因素分析吸碘值可以有效地表征炉法炭黑的表面积，再通常情况下，炭黑吸碘值与氮吸附表面积有很好的一致性。当测定数据不稳定或误差较大时，除考虑炭黑样品的均匀性外，还应考虑吸附反应的环境因素。炭黑在碘化钾-碘溶液中进行吸附碘分子的反应时，能够对测试结果产生显著影响的环境因素主要有：试剂的纯度、碘化钾与碘的比例、反应温度、吸附时间和吸附平衡后溶液中碘的浓度等。但是，在测试吸碘值的过程中还会有几种影响因素4需要注意，才能准确的测试炭黑吸碘值。3.1 溶液浓度对测试结果的影响

28、3.1.1 碘标准溶液的影响 GB/3780.1规定：碘标准溶液C=0.0473 mol/l。标准之所以这样规定是出于以下两个目的：（1） 炭黑吸碘值测定分为吸附、分离和碘量法测定三个过程，其中分为物理过程，碘量法为氧化还原反应，是不可逆的反应。炭黑对I2的吸附过程较为复杂，是一个动态平衡过程，与溶液浓度的大小有直接关系。据资料介绍5：炭黑在低的碘液浓度下，属于Frenundlich吸附类型，在较高的碘液浓度下属于Langmuir单分子层吸附类型，其界限再平衡浓度为0.005mol/对dm3，计算吸附碘量的Langmuir方程可以写成： W = K1K2C1+K2C式中,W-被吸附的碘量,mg

29、; K1-与最大吸附量由关的常数;K2-对特定炭黑是常数;C-溶液中碘的浓度,mol/L.从方程式可以看出:若C很小即1+K2C1,则W= K1K2C,则炭黑吸附碘的量与堤碘的浓度成正比例关系,吸附未达到平衡,属于Frenundlich吸附;C增大到一定程度, 1+K2C= K2C,则W=K1,吸附碘量与溶液浓度无关,说明吸附已达到平衡状态.为了保证炭黑对碘的吸附为Langmuir单分子层吸附,即保证在合适的炭黑称样量,使达到吸附平衡后的溶液浓度大于0.005 mol/L.表2是同一操作人员在统一时条件下使用不同浓度的碘标准溶液测得的结果。表2 不同碘标准溶液浓度对炭黑吸碘值测定的影响 单位：

30、mg/g炭黑试样 标准溶液浓度,N 0.04300 0.04730差值N-220120.12122.55-2.43N-3759394.23-1.23N-55037.1142.06-4.85（2） 以前的研究表明6：GB/3780.1规定的溶液浓度对炉法炭黑和非氧化炭黑来说，能保证每克炭黑在吸碘的毫克数值上同炭黑的比表面积（m2/g）是一致的，即1mg的碘的吸附量相当于1m3的表面积，以便于结果计算。3.1.2 硫代硫酸钠标准溶液浓度的影响在炭黑的吸碘值测定法中,是用硫代硫酸钠标准溶液滴定炭黑试液中所剩余的碘标准溶液量,其浓度的大小也影响吸碘值测定的准确性,以本人工作中检验炭黑为准(见表3,系同

31、一操作人员在相同条件下所测).按炭黑测定标准规定, 硫代硫酸钠标准溶液浓度应标定到0.03941N,否则也会影响吸碘值的测定结果, 通过表3试验说明硫代硫酸钠标准溶液浓度偏小,用其测定的炭黑吸碘值偏低,会给炭黑质量判定造成困难. 表3 硫代硫酸钠标准溶液浓度对炭黑吸碘值测定的影响 单位:mg/g炭黑试样 标准溶液浓度,N 0.03928 0.03941差值N-220123.4123.42-0.02N-37594.0994-0.09N-5504041-13.2 碘溶液中碘和碘化钾的比例对测试结果的影响由于固体I2 在水中的溶解度很小，故通常将I2溶解在KI溶液中，增大其溶解度，减小I2的升华。由

32、于KI的加入，在溶液中以I3-离子的形式存在 I2 + I-=I3-该体系是一个动态平衡过程。研究表明7：碘溶液中碘与碘化钾的比例对吸碘值的影响很大。GB/T3780.1规定，I2:KI=1:9.5。当因碘化钾的纯度不够或称量小，导致I-的量减小等原因使I2:KI比值增大时，平衡向左移动，I2量增大，使得碘同溶液的相互作用减弱，而与炭黑表面的作用增强，此时碘在炭黑表面上常常发生多分子层吸附，导致炭黑吸碘值偏高；当碘化钾的称样量加大导致I-的量增大等原因使I2:KI比值减少时，平衡向右移动，I2量减少，使得碘同溶液的相互作用增强，而与炭黑表面的作用减弱，此时碘在炭黑表面上不能形成单分子层吸附，导

33、致炭黑吸碘值偏低。3.3 溶液环境对测试结果的影响3.3.1 溶液温度对测试结果的影响吸碘值测定的吸附是一个吸附和解离的动态平衡过程8，当温度升高解离能力增大时，已达到吸附平衡的I2分子又从炭黑里面解离出来，使得测定结果偏低。同时，碘量法又是一个典型的氧化还原反应，本身反应速度就快。反应速度除与反应物浓度有关外还与温度有关，温度增加反应速度加快。一般温度每增加10度，反应速度增加1-2倍，但温度升高会使平衡后的溶液中的I2升华速度加快，从而使测试结果偏高，并且还会使淀粉指示剂的灵敏度降低，影响终点观察，影响测试结果。因此，规定吸碘值测试环境温度为232.3.3.2 溶液酸碱性对测试结果的影响N

34、a2S2O3和I2之间的反应很迅速、完全，但是必须在中性和弱酸性溶液中进行，因为在碱性溶液中I2和S2O32-将发生下列副反应: 4I2 + S2O32-+10OH-=2SO42-+8I-+5H2O由于该反应的影响，会使得吸碘值测试结果不准。而且，在碱性溶液中会发生歧化反应。 3I2+6OH-=IO3-+5I-+3H2O由于该反应的影响将会试使吸碘值测试结果偏低.3.3.3 溶液测试环境对测试结果的影响1. 碘标准溶液中的I2容易挥发,故存放环境温度不宜过高,而且因为CU2 NO2 日光等催化作用空气中的O2与I-发生反应,使得吸碘值测试结果偏高.就如本公司试验室发生的一件事为例,公司刚刚成立

35、，实验室的一些装置不齐全，在一次作炭黑吸碘值试验时，配制碘标准液时，由于没有棕色磨口瓶放置碘液，故暂时将碘标准故碘标准溶液存放于白色瓶中，放在了桌面避光处，一段时间后，再用碘溶液测定吸碘值时，结果偏高，经标定后，碘标准溶液浓度C=0.04346，小于标准值C=0.04931，所以，经分析认为应该是碘受温度和日光作用分解，其中的I2挥发，使得结果偏高，故碘标准溶液宜用棕色的磨口瓶贮存，这样，放置一段时间也要重新标定。2 .固体容易风化,其中含有少量的S、S2-、SO32-、CO32-、Cl-等杂质,因此不能用直接称量的方法来配制Na2S2O3标准溶液, Na2S2O3溶液不稳定,容易分解,就如我

36、们滴定时用的是数字滴定管，数字滴定管的存储瓶不是深色的，Na2S2O3标准溶液存放其中用完后将其倒入原瓶或其它深色瓶中，否则，过段时间Na2S2O3标准溶液会分解导致其浓度降低，主要有以下原因:A 细菌作用 Na2S2O3Na2SO3+SB 溶解在水中的的CO2作用 S2O32-+ CO2+ H2O = HSO3-+ HCO3+SC 空气的氧化作用 S2O32-+1/2O2= SO42-+S此外,水中微量的CU2+或Fe3+等也会促进Na2S2O3的溶液分解,使吸碘值测试结果偏低.因此,配制Na2S2O3溶液时,需要用新蒸煮沸(为了除去CO2和杀死细菌)并冷却了的蒸馏水,并加入少量的Na2S2

37、O3使溶液呈弱碱性(PH值为8-9),以抑制细菌生长.这样配制的溶液避光保存较稳定,但不宜长期保存,使用一段时间后应重新标定.如果发现溶液变浑或析出单质硫,就应该过滤后重新标定或废弃另配溶液3.4 操作过程对测试结果的影响3.4.1 滴定对测试结果的影响I2与Na2S2O3的反应为氧化还原反应,反应速度快;另外,因为溶液体系中I2容易挥发,故滴定时应快速滴定,并且不要剧烈摇动溶液,尽量减少I2的挥发和减少空气的氧化作用,以减小实验误差.3.4.2 指示剂对测试结果的影响1）吸碘值测定的终点判定常使用淀粉指示剂,在有少量碘存在时,痕量的I2与可溶性淀粉作用使溶液呈显著蓝色,随着碘量的减少,蓝色消

38、失.由于淀粉与碘在有碘化物存在时,生成的蓝色化合物容易被吸附,从而使部分碘被蓝色化合物包裹,不与Na2S2O3反应,造成测试结果偏高,所以,在滴定时淀粉指示剂不宜过早加入,一定要先用Na2S2O3滴定到极浅的黄色时才能加入约1ml淀粉溶液,在继续滴加Na2S2O3溶液直至溶液体系变为无色.在滴定结束后半分钟内溶液不变蓝,就可认为终点到达.滴定结束5分钟左右,溶液有可能又变蓝,这主要是由于空气中的O2将I-氧化为I2的缘故.如果滴加淀粉指示剂后,溶液颜色不随Na2S2O3的加入而消失,并且还有颜色变深的迹象,这主要是氧化剂I2与I-作用尚未完全,其原因可能是配制的溶液放置时间不够,而溶液过早的稀

39、释或者有其它离子的干扰.所以,若遇到这这种情况,应待溶液充分作用后重新标定或去离子干扰2） 淀粉指示剂一定要存放于深色瓶中,并放于蔽光处,否则一段时间后,淀粉指示剂会呈现絮状.这样会影响测试结果3.5 试样称量的影响碘标准溶液浓度为0.04728的25ml中含有碘150mg.当炭黑式样比表面积较大时,经吸附后所剩余的碘浓度就过低,所以称样量要以满足炭黑单分子层饱和吸附为限.因此,试样吸碘值在135mg/g以下者称样量约0.5g,在135-270 mg /g时只称0.25g,否则会影响测定结果的准确性.也就是说，根据不同吸碘值（即炭黑品种）选择合适的称样量，主要目的在于使吸碘值对所加碘的总量保持

40、一个合适的比例，这也是提高准确度的一个手段。3.6 炭黑挥发分的影响炭黑挥发份是指炭黑颗粒表面的含氧官能团（如羟基、羧基及内酯结构）在隔绝空气的条件下高温加热释放的气体组分，主要为氢气、一氧化碳和二氧化碳。9.10含氧官能团的存在直接影响炭黑对碘的吸附，其影响程度随挥发分的增加而加深。挥发分较大的接触法炭黑或氧化后处理的混气炭黑,它们的表面都有大量的极性基团,在测定过程中会优先吸附试液中的水分子而占据了部分比表面积,还有一部分基团将一部分碘离子氧化成碘，这样都会导致吸碘值降低，为消除此误差，宜将炭黑试样干燥后再做其吸碘值试验,即将炭黑放在烘箱中干燥125度干燥1h后才能测定吸碘值，我们对几种炭

41、黑进行不同温度下烘干1h的失重实验，见表4。表4 几种炭黑在不同温度下干燥1h的失重情况项目N-220N-375N-550天然气半补强炭黑比表面积m2kg-1119838520105失重1.261.581.790.24105失重1.42.022.920.22105失重1.353.042.940.23从表中可以看出天然气半补强炭黑在105烘干1h就能完全出去水分，而其他三种炭黑则不行。根据它们的比表面积和在各种温度下的失重结果，可得出比表面积越大的炭黑也越难干燥；反之，则越容易干燥。3.7正戊醇加否的影响测定方法中有加入5ml正戊醇作硫代硫酸钠溶液防变质之用。但因它会使滴定管产生“挂珠”现象，造

42、成滴定误差，且液面也不能完全被正戊醇封闭住，且加与不加对测试结果几乎没有影响，因此我们没加。4. 提高炭黑吸碘值测定结果的准确度的方法影响炭黑吸碘值测试结果准确度的因素很多，只有缩小炭黑吸碘值的检验误差才能提高炭黑吸碘值测定结果的准确度，以下就从几个比较常见的方面分析。4.1 碘酸钾-碘化钾基准溶液浓度由于碘化钾使很不稳定的弱还原剂，在酸性条件下易发生副反应，过量的碘离子在酸性环境下很容易被溶于水的微量氧氧化生成碘，使碘酸钾基准溶液变黄，导致溶液浓度发生变化。因此，应注意：（1）碘化钾试剂应存放在阴暗、干燥处。发现试剂变黄时，配制溶液前将其置于蒸发皿中在电炉上加热至无色后，置于干燥器中冷却待用

43、；（2）配制碘酸钾-碘化钾基准溶液用的蒸馏水应为新鲜蒸馏水，配制前将其置于电炉上煮沸10min,并在30min内使其冷却至室温，并立即使用。4.2 炭黑吸附在空白与样品溶液同时测定的情况下，一般先吸取空白溶液，再吸取样品青液。由于样品在抽滤后清液表面常会有带炭黑的油膜，故在吸取清液时移液管的内、外壁均有可能粘附少量炭黑。在吸取空白溶液时往往直接将移液管插入溶液，此时少量的炭黑会进入空白溶液中，继续吸附溶液中的碘，导致空白溶液下降。因此，在测试过程中，应养成良好的卫生习惯。移液管在使用前应将其外壁用滤纸擦拭干净，若内、外壁有炭黑吸附，则应用清水彻底清洗，然后用蒸馏水冲洗至少3遍，再用碘标准溶液冲

44、洗至少3遍方可使用。在测试碘标准溶液空白值时，避免空白溶液的污染则至关重要。因此，移液管的外壁必须用干净的滤纸擦拭干净，并用空白溶液多次清洗，少量多次的洗涤方法可以确保移液管最大程度的洁净。4.3 炭黑称样量炭黑称样量直接影响着测试结果的准确性。在吸附溶液量一定时，称样量高，参与吸附的表观面积增大，表现出炭黑的吸碘值低；反之，则炭黑吸碘值高。这两种状况测定的炭黑吸碘值都不真实。因此，应根据炭黑品种，预计吸碘值的可能范围，严格按检验标准要求称取称样量，使吸附平衡前后碘溶液浓度维持在适当水平，从而精确的表征炭黑的吸碘值。4.4 测试温度测试用碘标准溶液中的碘分子运动是比较活跃的，而测试环境下的温度

45、对碘分子运动的影响是非常显著的。当环境温度高时，碘分子运动加剧，导致碘易挥发，容易从炭黑表面脱附，不易形成稳定的、完整的单分子层吸附。环境温度过低时，碘分子动能减小，在浓度降低时，不易超过炭黑的表面壁垒，吸附在炭黑表面的碘分子也是不完整的。另外，在温度较高的环境下，存放在器皿中的碘标准溶液中的碘分子也或多或少地会产生挥发，导致碘标准溶液中的浓度变化，因此，存放环境和测试样品的环境温度保持为（232）。结 论炭黑的基本性能包括比表面积、结构性（聚集体）和表面化学性能。吸碘值测定既是测定其中比表面积的快速、经典的方法。从事炭黑吸碘值分析的角度进行实验，对影响测试结果的因素进行分析并加以控制，以提高测试结果的准确性，同时也要尽可能的较少人为误差，这也是本文的目的所在，文中提及的问题及其分析部分是个人见解，如有不当之处，敬请各位同仁指正。致 谢本论文是在指导教师程永高的悉心指导下完成的。程永高老师严谨治学的态度给我树立了榜样，使我受益匪浅。在此特向指导教师的关心和帮助表示诚挚的敬意和衷心的感谢！在论文工作的过程中，蒂普拓普（天津）橡胶技术有限公司为我的课题研究提供了良好地条件，使我顺利的完成了论文的工作，在此