激光粒度仪在超细白炭黑粒度分析中的应用
摘要：利用MalvanNano—ZS90激光粒度分析仪对超细白炭黑粉体进行粒度测定研究，主要考察了分散剂的种类和质量浓度、样品的分散时间和质量浓度、分散体系的稳定时间，以及粉体材料的折射率和吸收率等因素。确定了超细白炭黑粉体粒度测试的最基本工作条件，即含固相质量浓度在0．05～1．O0s／L的水体系，加入0．1～0．3s／L十二烷基苯磺酸钠、六偏磷酸钠或羧甲基纤维素分散剂，用超声波细胞粉碎机超声6O0s。该检测体系具有好的重现性和稳定性。
ZetasizerNano—ZS90执行测量是用动态光散射(简称DLS)。动态光散射(也称作Pcs——光子相关光谱学)是利用布朗运动与粒子的大小相联系(Stokes—Einstein方程)，用一束激光照射粒子并分析散射光的波动强度。该仪器DLS是由6个主要部分构成。激光器提供照射样品池中样品粒子的光源，激光束大部分一直通过样品，但一部分被样品中的粒子所散射。检测器用来测量被散射光的强度，理论上一个粒子是任何方向散射光的，检测器在任何位置可以检测到散射光，ZetasizerNano—ZS90建立一个特殊的模型，检测器光学系统放在90。位置。
散射光的强度必须处在一个特殊的范围检测器才能成功地检测，如果检测的光太强或太弱，检测器将不能很好地工作。应用衰减器来减弱或加强散射光的强度以适合检测器的检测范围。在Zetasizer测量技术中衰减器位置采取自动跟踪。检测器检测到的散射光强度信号通过一个相关器处理成数字信号。相关器在连续时间间距情况下进行散射光强度比较，并得出强度变化速率。相关器的信息再通过计算机，并使用专门Zetasizer软件分析数据并得出粒度的相关信息。该仪器用平均粒径为60nm聚合物粒子(仪器公司提供的标准)进行核对，正负误差不超过5％。
2实验仪器与材料
仪器：激光粒度仪(Nano—ZS90)，英国Malvan公司；超声波细胞粉碎机(JY92—11型)，宁波新芝生物科技股份有限公司。原料：白炭黑粉体(表观密度：0．0755g／cm，振实密度：0．102g／cm)；聚乙二醇(PEG一600)，上海化学试剂站分装厂；聚丙烯酸(阴离子型PAA一5000)，广州市洞庭工贸有限公司；十二烷基苯磺酸钠(SDS)，中海石油化工有限公司；六偏磷酸钠(NaP6O)、羧甲基纤维素(CMC)，威怡化工有限公司；氮氯十二烷基吡啶(阳离子型CPC)，北京化工厂。
3测量结果与讨论
3．1样品的分散时间对粒径的影响绝大多数无机粉体在水和乙醇中有较好的分散性，但由于这些粉体表面活性高，经常会出现团聚现象，粒度越小这种现象越严重，因此必需强制分散才能达到测试要求。配制含固质量浓度0．50g／L水体系(pH=6．5左右不另调)，采用超声波细胞粉碎机在功率650W下超声不同的时间(采用超士4s停顿5s方式)。样品的分散时间对样品平均粒径和衡量分散效果的光分散系数(PDI)的影响见图2。从图2可知，随着超声时间的增加PDI和粉体的平均粒径快速减小，并逐渐处于一相对稳定的值，可认为超声时间大于500s基本达到分散要求。
3．2不同分散剂对样品分散性的影响
虽然Malvan公司附带有样品分散指南，但对同一种类型的粉体，粒度不同或制备工艺有差别，都可能导致颗粒的表面状态的不同，分散剂和分散介质的选择会有一些差别。被测颗粒在悬浮液中布朗运动，入射光与悬浮粒子发生准弹性碰撞，使得散射光强度随时间产生脉动，散射光强度随时间的变化与颗粒的大小有直接关系，这就要求被测粉体在悬浮液中分散均匀、不团聚、不沉降。颗粒的分散性是粒度测试的重要环节。而分散剂分散效果可通过检测粉体在溶液体系中的Zeta电位来判断。悬浮液稳定与否通常看其Zeta电位是否在一30～+30mV。>+30mV或<一30mV电位的悬浮液通常认为是稳定的。这是由于>+30mV或<一30mV的带电胶粒产生静电斥力要比粒子间的范德华引力大，以阻碍胶粒由于布朗运动而发生碰撞聚沉。配制含固质量浓度0．5g／L水体系，分别以对照(1)和加入SDS(2)，PEG一600(3)，CMC(4)，Na6P6O8(5)，PAA(6)，CPC(7)6种不同的分散剂和不同质量浓度(在20mL体系中加入质量分数为5％分散剂1滴和3滴，相当于0．1g／L和0．3g／L)，超声600s，考察其分散效果，从图4可知：Zeta电位>+30mV或<一30mV只有加入SDS(2)，CMC(4)，Na6P6O。8(5)和加入3滴的CPC(7)。从粒径和PDI来看，体系是稳定的；而加入PEG一600(3)和PAA(6)的Zeta电位是图4不同分散剂体系的‘电位图5不同分散剂体系的PDI不稳定的(一3O～+3OmV)，但从图3、图5可知，在测试时间(短时间)内也是相对稳定的。而加1滴CPC(7)会产生聚沉，其Zeta电位、粒径和PDI出现反常现象。考虑到测定时间如果较长，则最好选用激光粒度仪在超细白炭黑粒度分析中的应用57Zeta电位>+30mV或<一30mV的分散剂。活性剂分散原理可用DLVO理论来解释。
3．3不同含固质量浓度的测定参数
同时也说明此测试体系稳定性好。取不同含固质量浓度水体系，加入0．2g／LNaP0超声600S，不同含固质量浓度的测定参数见表1。从表1可知，由于所用仪器采用衰减器来减弱或增加散射光的强度以适合检测器的检测范围，随着含固质量浓度增加，衰减器数值减小，除高含固质量浓度(5．0g／L)外，平均粒径(z)处在一个相对稳定的数值，而PDI也相对较低，信号粒径(z)、数量粒径(z)、体积粒径(z)误差也不大。因此含固质量浓度在0．05～1．00g／L的测量体系是可行的。
3．4不同放置时间对体系稳定情况的影响
配制含固质量浓度0．50 g／L水体系，超声600s，试验加分散剂与否体系的稳定性，结果见图6。加入0．2g／L六偏磷酸钠显然比不加分散剂的体系要稳定得多，平均粒径变化很小，PDI也相应较低；而未加分散剂体系的平均粒径在快速变小，说明较大颗粒在快速沉降。
3．5重现性
取含固质量浓度0．50 g／L水体系，加入0．2g／LNaP0超声600s，连续测定l5次，每次测定前摇动一次，重现性结果见表2。从实验结果看出，在该条件下对白炭黑粒径的测定重现性非常好，相对标准偏差非常小，而其他粉体一般难以做表2重现性实验结果标准偏差甏
3．6材料的吸光度对粒径的影响
取含固质量浓度0．50 g／L水体系，加入0．2g／LNaP0超声600S，改变材料的吸光度，材料的吸光度对粒径的影响见表3。材料的吸光度除对个别结果有稍大的影响外，对其他结果影响不大。在通常测定中只要根据悬浮液的透明度不同，选择适当吸光度数值即可。
3．7材料的折射率对粒径的影响
材料的折射率对已知形态来说可以查到，但对未知形态的材料就难以确定，不同条件下制备的粉体形态也不尽相同，组成不定，难以给出准确的数值。改变材料折射率偏差，试验其对粒径测定的影响，条件如3．6，结果见表4。折射率的偏差在±20％以内，对平均粒径影响不大，但对z，z和z有相应较大的影响。如果粉体的形态不确定，则折射率可在同种物质相近形态的已知折射率基础上进行相应的调整，但与真实折
3结论
1)以水合肼副产碱渣为原料生产过碳酸钠工艺可行，实验证明是一个成功的方法。产品质量达到化工行业标准，合成收率达到85％以上。实验的成功为尿素法水合肼副产碱渣找到了可行的利用渠道，工艺路线简单，比用纯碱法生产过碳酸钠成本要低，不失为碱渣利用的好途径。
2)确定了最佳工艺条件：n(Na2CO，)：n(H0)：1．0：(1．3～1．5)；工业盐相对于碱渣加入量为0．28kg／kg；反应温度为0～10℃；反应时间为30～45min。
(无机盐工业 周新木、曾慧慧等)
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