原子力显微镜表征不同炭黑表面活性

利用原子力接触模式(AFM)对不同浓度的PVA溶液进行了形貌表征,再将喷雾炭黑、炭黑N774、N375和N234固定在PVA上,表征其形貌和做力曲线。结果表明,当PVA溶液的浓度为2 wt%时,在云母片上形成了均匀、平整的PVA膜;喷雾炭黑的尺寸比较大、分布区间为70 nm~100 nm,炭黑N774、N234和N375的尺寸分别为70 nm、30 nm和30 nm。喷雾炭黑和N375结构较高,聚集体分别呈乱麻状和树枝状。N234和N774分别具有最低和最高的吸附力,为0.176 nN和0.549 nN,N375和喷雾炭黑的吸附力分别为0.469 nN和0.339 nN;N234、N375、N774与喷雾炭黑的脱附力分别为7.102 nN、5.938 nN、3.174 nN与2.343 nN,其中N234的脱附力最高。四种炭黑表面活性次序为:N234N375N774喷雾炭黑。喷雾炭黑表面的活性分布较为集中,其余三种炭黑则较为分散。     

利用AFM研究炭黑的微观分散

炭黑在橡胶中的分散程度对其补强性能的发挥至关重要,工业生产中用光学显微镜获得的胶料图像仅能判别炭黑粉团的聚集程度,表征混炼工艺是否合格。探究不同炭黑在橡胶中的微观分散程度,有助于从纳米尺度搞清楚炭黑分散程度对炭黑补强性能的贡献。使用原子力显微镜(AFM)获取硫化胶片截面的微观相图,表征出炭黑在橡胶中的分散程度,从分散程度角度解释了不同粒径和结构炭黑的补强性和耐磨性的差异。选取最具代表性的五种炭黑为原料,定量表征炭黑聚集体在天然橡胶中的分散程度,统计评价分析炭黑在橡胶中的聚集体尺寸分布和间距分布。结果发现:(1)炭黑原生粒径越小其炭黑微观分散程度越好;(2)N115粒径最小,在胶料中分布最均匀导致其补强性能最佳,但是粒径太小混炼困难;(3)N300系列炭黑在橡胶中,结构程度对炭黑微观分散程度的影响较小,但随着结构的增高,其补强性能更好。