2.1.1.4 Структурность [19].
В процессе получения сажи множества ее частиц, совместно срастаясь в пространстве, образуют гроздевидные структуры, называемые первичными агрегатами. Их размер и форма, удельный объем между частицами (Vn), число касаний (n) каждой частицы с соседними (плотность упаковки), размеры сужений (l) и пор между частицами в пространстве агрегатов - все это в совокупности и определяет одну из важнейших характеристик технического углерода, называемую структурностью.
Последняя оценивается по так называемому ''масляному числу'' (адсорбции дибутилфталата - Адбф), измеряемому объемом, поглощенным навеской сажи при ее растирании в фарфоровой чашке, в которую каплями подается льняное масло (дибутилфталат) [48]. Структурность оказывает существенное влияние на технологические характеристики содержащих сажу смесей и эксплуатационные свойства получаемых из них изделий. По значению Адбф невозможно определить ни один из названных параметров структурности агрегатов. Их размеры и форма, которым в понятии структурности придается приоритетное значение, могут быть установлены только на основании данных электронной микроскопии [49-54]. Остальные параметры практически не рассматриваются, хотя они могут оказаться весьма полезными как для технологов так и для исследователей. Например, по удельному объему пор между частицами в агрегатах можно вычислить теоретически возможное количество вещества (полимера или других ингридиентов), которое может войти в контакт с сажей, а по параметрам межчастичного пространства судить о размерах макромолекул или других компонентов, способных проникнуть внутрь агрегата. Таким образом, наличие информации о параметрах внутреннего пространства агрегатов - необходимое условие рационального использования сажи. Например, выбор дозировки наполнителя для достижения необходимых свойств резины рекомендуется рассчитывать по уравнению [55,56]:
Phr=178,474 – 172,563(Vn) – 1,072(S)
где Phr – дозировка наполнителя на 100 весовых частей каучука, Vn - обьем пустот в агрегатах, S - удельная поверхность по азоту.
Помимо заполнения промежутков между агрегатами, часть дибутилфталата адсорбируется их поверхностью. Эта часть масляного числа пропорциональна удельной адсорбционной поверхности сажи. Таким образом масляное число является комплексным показателем: оно увеличивается с ростом удельной поверхности и с повышением уровня структурности [18].
Более четко различия между разноструктурными марками саж, вне зависимости от дисперсности и типа, обнаруживаются по величине удельного объема пор в агрегатах, определенного методом ртутной порометрии. Экспериментально ртутная порометрия заключается в измерении количества вдавливаемой ртути в предварительно вакуумированное пористое тело под давлением Р. Зависимость между радиусом цилиндрического капилляра r и Р, при котором он заполняется ртутью, выражается уравнением:
(2.17.)
где
- поверхностное натяжение ртути;
- угол смачивания
ртутью стенок капилляра.
Этот метод позволяет определять размеры пор радиусом от 3,5 нм (заполняемых при максимальном давлении 200 МПа), до 7500 нм, заполняемых при атмосферном давлении. Он широко применяется для определения пористой структуры различных адсорбентов. Однако для определения параметров пористого пространства агрегатов сажи, за исключением приводимых результатов, не используется. Возможно это связано с тем, что для его применения требуется аппаратура, работающая со ртутью при высоком давлении, либо из-за того, что определяемым этим методом параметрам как показателям структурности не придается должного значения [57].
К другим методам определения структуры агрегатов относятся: метод рассеивания нейтронов, проникающая электронная микроскопия, рентгеновское рассеивание, газовая инверсионная хроматография, сканирующая проникающая микроскопия (STM) [58].