カーボン ブラック N115 のサプライヤーとして、私はこの重要な材料の粒度分布を正確に測定することの重要性を理解しています。カーボン ブラック N115 は、優れた補強特性、高い構造、低揮発性で知られる高性能カーボン ブラック グレードです。など、さまざまな業界で広く使用されています。タイヤ用カーボンブラックゴムコンパウンドの強度と耐摩耗性を向上させるため、カーボンブラックコンクリートコンクリートの機械的特性を向上させるため、ブラックカーボンカラー深い黒色の色素沈着のための用途。
なぜ粒度分布を測定するのか?
カーボン ブラック N115 の粒度分布は、さまざまな用途での性能に大きく影響します。ゴムコンパウンドでは、粒子サイズが小さいほど、ゴムマトリックスと相互作用するための表面積が大きくなるため、一般に補強効果が高まります。これにより、ゴム製品の引張強度、耐摩耗性、引裂き強度が向上します。具体的には、粒子サイズは材料の作業性、硬化時間、長期耐久性に影響を与える可能性があります。顔料用途の場合、粒子サイズは色の強度、着色の強さ、媒体中のカーボン ブラックの分散に影響します。
粒度分布の測定方法
電子顕微鏡検査
カーボンブラック N115 の粒子サイズを測定する最も直接的な方法の 1 つは電子顕微鏡です。透過型電子顕微鏡 (TEM) と走査型電子顕微鏡 (SEM) が一般的に使用されます。
TEM では、電子ビームがカーボン ブラックの薄いサンプルを透過します。電子は粒子と相互作用し、得られた画像を使用して個々の粒子のサイズと形状を測定できます。 TEM は高解像度の画像を提供し、数ナノメートルほどの小さな粒子の測定を可能にします。ただし、TEM 用のサンプル前処理は複雑で時間がかかります。カーボンブラックは適切な溶媒に分散させてから、薄い支持フィルム上に堆積させる必要があります。
一方、SEM は集束電子ビームでカーボン ブラック サンプルの表面をスキャンします。粒子の 3 次元画像が得られ、粒子のサイズや表面形態の測定に使用できます。 SEM は TEM よりも比較的使いやすく、サンプルの準備もそれほど難しくありません。ただし、SEM の分解能は一般に TEM よりも低く、非常に小さな粒子の測定には適さない場合があります。
レーザー回折
レーザー回折は、カーボン ブラック N115 の粒度分布を測定するために広く使用されている方法です。この方法では、カーボン ブラックの分散サンプルにレーザー ビームを通過させます。粒子はさまざまな角度でレーザー光を散乱し、散乱光の強度は散乱角の関数として測定されます。光散乱のミー理論に基づいて、測定された散乱パターンから粒度分布を計算できます。
レーザー回折の利点は、高速、広い測定範囲、良好な再現性です。数ナノメートルから数ミリメートルまでの粒子サイズを測定できます。ただし、レーザー回折では粒子が球形であると想定されていますが、カーボン ブラックの場合は必ずしもそうではありません。カーボン ブラック粒子は不規則な形状をしていることが多く、そのため、測定された粒子サイズ分布に多少の不正確さが生じる可能性があります。
動的光散乱 (DLS)
DLS は、カーボン ブラック N115 の粒径、特にナノメートル範囲の粒子の測定に使用されるもう 1 つの技術です。 DLS では、散乱光の強度の変動を測定することによって、懸濁液中の粒子のブラウン運動を監視します。粒子の拡散係数は流体力学的半径に関係しており、ストークス - アインシュタイン方程式を使用して計算できます。
DLS は小さな粒子を測定するための高感度な方法であり、粒子サイズ分布に関する情報をリアルタイムで提供できます。ただし、サンプル中の凝集体や汚染物質の存在には非常に敏感です。凝集物は粒子サイズの測定に重大な誤差を引き起こす可能性があり、正確な結果を得るにはカーボン ブラックの適切な分散が重要です。
粒子径測定のためのサンプルの準備
使用する測定方法に関係なく、カーボン ブラック N115 の正確な粒径測定には、適切なサンプル前処理が不可欠です。
分散
カーボンブラックは表面エネルギーが高いため、凝集する傾向が強くなります。正確な粒径測定を行うには、カーボンブラックを適切な媒体に十分に分散させる必要があります。これは、超音波処理や高せん断混合などの機械的撹拌と分散剤の添加を使用することで実現できます。分散剤は、カーボン ブラック粒子の表面に吸着して表面エネルギーを低下させ、凝集を防ぐ化学物質です。
集中
分散媒中のカーボンブラックサンプルの濃度も重要です。濃度が高すぎると粒子が相互作用し、測定が不正確になる可能性があります。一方、濃度が低すぎると、信号が弱すぎて正確に検出できない可能性があります。ほとんどの測定方法では、最適な濃度範囲を実験的に決定する必要があります。
データの分析と解釈
粒子サイズのデータを取得したら、それを分析して正しく解釈する必要があります。粒度分布は通常、ヒストグラムまたは累積分布曲線として表されます。粒子サイズ分布を記述するために使用される最も一般的なパラメータは、中央粒子サイズ (D50)、平均粒子サイズ、および分布のスパンです。
D50 値は、体積で粒子の 50% が小さくなり、50% が大きくなる粒子サイズを表します。これは、カーボン ブラック N115 のさまざまなサンプルを比較するのに便利なパラメータです。平均粒径は粒度分布の平均値を示し、スパンは分布の幅を示します。スパンが狭いということは、粒度分布がより均一であることを示しており、これは多くの用途において望ましいことが多い。
品質管理と保証
カーボンブラック N115 の粒度分布を正確に測定することは、品質管理にとって非常に重要です。サプライヤーとして、私たちは製品が顧客の指定された粒子サイズ要件を満たしていることを確認する必要があります。これは、測定機器を定期的に校正し、認定された標準物質を使用し、サンプルの準備と測定の標準操作手順に従うことで実現できます。
さらに、製品の粒度分布の一貫性を長期にわたって監視するための品質管理システムを確立する必要もあります。これにより、生産プロセスにおける潜在的な問題を特定し、迅速に是正措置を講じることができます。
結論
カーボン ブラック N115 の粒度分布の測定は複雑ですが、不可欠な作業です。電子顕微鏡、レーザー回折、動的光散乱などのさまざまな方法を使用できますが、それぞれに独自の利点と制限があります。正確で信頼性の高い結果を得るには、適切なサンプル前処理、データ分析、品質管理が不可欠です。
カーボンブラック N115 のサプライヤーとして、当社は一貫した粒度分布を備えた高品質の製品を提供することに尽力しています。特定の用途に合わせてカーボン ブラック N115 を購入することに興味がある場合は、当社の製品とその製品がどのようにお客様の要件を満たすことができるかについて詳しく説明しますので、お気軽にお問い合わせください。お客様のビジネスに最適なソリューションを見つけるために、皆様と協力できることを楽しみにしています。
参考文献
- ASTM D3849 - 14(2020)。カーボンブラックの標準試験方法 - 電子顕微鏡による粒子サイズと形状。
- ISO 13320:2020。粒子サイズ分析 – レーザー回折法。
- ISO 22412:2017。粒子サイズ分析 - 動的光散乱 (DLS)。