ДИСПЕРГИРОВАНИЕ ПИГМЕНТОВ

Методы определения удельной поверхности пигментов

Для определения удельной поверхности пользуются а д с о р б и и о ни ы м п и к и и е т и ч о с к и м и методами.

Адсорбционные методы основаны на определении объема или массы газов или жидкостей, адсорбирую-

щихся на измеряемой твердой поверхности и образую­щих мономолекулярний слой. Расчет удельной поверхно­сти (5_УД) производится по формуле

5уд = (оя_шЛ'д

где to — площадь, занимаемая одной молекулой адсорбата в плот­ном монослое;

а_т — емкость монослоя — количество адсорбата (в молях), покрывающего поверхность тверде го тела плотным моно­слоем;

/Уд — число Авогадро.

Для определения общей удельной поверхности пиг­мента экспериментально находят изотермы адсорбции N[1], Аг, Кг при низких температурах. Для пигментов с 5_УД^1 м²/г предпочтительно применять криптон или аргон, так как молекулы азота обладают известным квадрупольным моментом и адсорбируются избира­тельно.

Площадь, занимаемую одной молекулой, находят по плотности веществ в жидком н твердом состоянии или по адсорбционным данным¹⁵⁸. Для азота в качестве сред­ней величины о) принимают 16,2 А² (для полярных ад­сорбентов — 14,4А² и для неполярных—17,0 А³), для криптона независимо от типа адсорбента со равна 17,5А². К выбору величины со для расчета следует подходить внимательно, так как размер площадки, занимаемой мо­лекулой зависит не только от природы адсорбента, но и от упаковки молекул адсорбата в плотном монослое, от конформации молекул и их ориентации. Например, молекула я-гексана на силикагеле занимает¹⁵⁹ площадь, равную 70А², а па графите — 51,5А². Наиболее полные данные о величинах со различных веществ опубликова­ны в специальном обзоре¹⁶⁰.

Количество адсорбируемых веществ можно опреде­лять в статических и динамических условиях. В первом случае опыты проводят в высоковакуумиых установках при установлении адсорбционного равновесия. Образец пигмента предварительно освобождают от адсорбиро­ванных на нем ранее газов и паров длительным нагре­ванием в вакууме. Для определения объема адсорбиро­ванного газа W,м пользуются уравнением¹⁶¹ БЭТ*. Опре­деление удельной поверхности в высоковакуумиых

установках хотя и отличается сложностью, но дает наи­более точные и .надежные результаты. Существуют упро­щенные установки для определения поверхности по ад­сорбции воздуха при температуре жидкого азста, напри­мер установка, разработанная А. Л. Клячко-Гурвнчем¹⁶- (рис. 2.14), где разрежение создает­ся за счет низкотемпературной ад­сорбции воздуха на активированном угле. Метод связан с рядом допуще­ний, но для практических целей вполне-пригоден. Определение зани­мает 15—20 мин.

Динамический метод основан на адсорбции и тепловой десорбции смеси газов (гелия или водорода с азотом) с регистрацией изменения состава газовой смеси детектором хроматографа¹⁶³. Разработана¹⁶⁴ ме­тодика хроматографического опре­деления удельной поверхности пиг­ментов адсорбцией в токе инертных газов паров ряда органических ве­ществ: метанола, хлороформа, пре­дельных углеводородов. Чтобы из­бежать применения жидкого азота, рекомендуется¹⁶⁵ использовать смесь хлорэтила с азотом; в этом случае адсорбция протекает при 13°С, а десорбция при 60 °С.

На основании сравнения результатов данных, полу­ченных при измерении удельной поверхности пигментов различными методами, ряд исследователей¹⁶⁶'¹⁶⁷ счита­ют динамический метод пригодным для практического измерения удельной поверхности пигментов.

Адсорбция из растворов При адсорбции пиг­ментами органических веществ из растворов всегда имеется по крайней мере два конкурирующих вещества, взаимно вытесняющих друг друга. Адсорбция пигмента­ми различных кислот, аминов, красителей носит изби­рательный характер и не является такой универсаль­ной, как адсорбция инертных газов. Адсорбция спиртов имеет физический характер и распространяется на всю поверхность пигментов¹⁶⁸.

53-

Однако при правильном выборе адсорбтива и раство­рителя, а также условий достижения адсорбционного равновесия (концентрация раствора, температура, про­должительность контакта) можно получить надежные, хорошо воспроизводимые и достаточно точные результа­ты при использовании доступной аппаратуры и простых расчетов. Приліенением адеорбтнзов ^различного моле­кулярного веса и строения можно определить разме­ры пор твердого тела — этот принцип «молекулярных щупов» используется при исследовании адсорбен­тов¹⁶⁹.

Особо следует отметить, что при определении удель­ной поверхности пигментов с модифицированной поверх­ностью (у которых часть адсорбционных центров закры­та молекулами хемосорбированных органических ве­ществ) методом адсорбции из растворов полярных ве­ществ полупіть правильные результаты, как правило. В этом случае можно воспользоваться лишь песледлфической адсорбцией инертных газов или фи­зически сорбирующихся веществ.

Кинетический метод основан на измерении сопротив­ления при фильтрации газа через слой порошка. Опре­деления¹⁷⁰-¹⁷¹, проводимые при фильтрации воздуха при атмосферном давлении, т. с. при нуазейлевском режи­ме истечения в приборе В. В. Товарова или приборе ПСХ-2 дают удовлетворительные результаты лишь для порошков, имеющих удельную поверхность менее 1 М²1г. Для более дисперсных порошков получаются занижен­ные значения удельной поверхности, и ошибка резко возрастает с увеличением степени измельчения. Попыт­ки расширить пределы применения указанных прибо­ров¹⁷- введением поправки на газокинегнческий эффект не дают надежных результатов.

Разработан метод измерения поверхности высоко- дисперсных порошков, основанный на фильтрации силь­но разреженного газа при киудсеновском и стационар­ном режимах течения^173-175. Прибор позволяет измерять поверхность высокодисперсных порошков, содержащих частички размером 0,01 —10 мк с точностью 3—5%.

Специальные исследования¹⁷⁶ показали, что модифи­кация поверхностей частиц триэтаноламином и олеино­вой кислотой не влияет на результаты определения удельной поверхности статическими .методами, по замет­

но изменяет результаты, полеченные кинетическим ме­тодом.

[1] БЭТ — по имени авторов Брунауэра, Эммета и Теллера.