GB/T 3780.23-2016 炭黑 第23部分:逸散炭黑或其他环境颗粒的采样和鉴定

ICS83.040.20

G49GB

主主

中华人民

和国国家标准

GB/T3780.23-2016

第23

炭黑

部分：逸散炭黑或其他环境

颗粒的采样和鉴定

Carbonblack-Part23:Samplingandtestingofcarbonblackfugitive

emissionsorotherenvironmentalparticulate

2016-12-13发布2017-07-01实施

中华人民共和国国家质量监督检验检痊总局

发布

中国国家标准化管理委员会

GB/T3780.23-2016

目lj~

GB/T3780《炭黑》分为以下几个部分：

第1部分：吸腆值试验方法；

第2部分：吸油值的测定；

第4部分：压缩试样吸油值的测定；

第5部分：比表面积的测定CTAB法；

第6部分：着色强度的测定；

一一第7部分：pH值的测定；

第8部分：加热减量的测定；

第10部分：灰分的测定；

一一第12部分：杂质的检查；

一一第14部分：硫含量的测定；

－一一第15部分：甲苯抽出物透光率的测定；

第17部分：粒径的间接测定反射率法；

第18部分：在天然橡胶CNR）中的鉴定方法；

第21部分：筛余物的测定水冲洗法；

一一第22部分：用工艺控制数据计算过程能力指数；

第23部分：逸散炭黑或其他环境颗粒的采样和鉴定。

本部分为GB/T3780的第23部分。

本部分按照GB/T1.12009给出的规则起草。

本部分由中国石油和化学工业联合会提出。

本部分由全国橡胶与橡胶制品标准化技术委员会炭黑分技术委员会（SAC/TC35/SC5）归口。

本部分起草单位：中橡集团炭黑工业研究设计院、宁波德泰化学有限公司、四川理工学院、山东联科

新材料股份有限公司。

本部分主要起草人：邓毅、王定友、黄锡甫、金永中、张友伟、王戚。

I

GB/T3780.23-2016

炭黑第23部分：逸散炭黑或其他环境

颗粒的采样和鉴定

警示一一使用本部分的人员应有正规实验室工作的实践经验。本部分并未指出所有可能的安全问

题。使用者有责任采取适当的安全和健康措施，并保证符合国家有关法规规定的条件。

1范围

GB/T3780的本部分规定了炭黑生产过程中逸散的炭黑及其他环境颗粒物的采样和鉴定方法。

本部分适用于炭黑生产中逸散的炭黑或其他环境颗粒物的鉴定。

2规范性引用文件

下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文

件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。

GB/T3780.14炭黑第14部分：硫含量的测定

3术语和定义

下列术语和定义适用于本文件。

3.1

成串葡萄状aciniform

形状像一串葡萄。

注：炭黑的球状原生粒子融聚成胶体尺寸的聚集体，并具葡萄形态。

3.2

成串葡萄状碳aciniformcarbon

肢体碳，由球状原生粒子（或结节）融聚成肢体尺寸并呈聚集体形态，具葡萄串状或开放性枝状

结构。

3.3

炭黑carbonblack

一种工程材料，主要由碳元素构成，由碳氢化合物经不完全燃烧和热裂解而得，以球状原生粒子构

成的成串葡萄状聚集体形态存在。对某一给定的聚集体，其原生粒子是均匀的，而原生粒子内部呈乱层

结构。

注：粒子尺寸和聚集体尺寸（包括每个聚集体的粒子数）是分布特性，并随着炭黑的品种而变化。其电子显微镜图

形见附录A，虽然在一个指定的炭黑品种里的聚集体尺寸变化很大，但在每个聚集体里面原生粒子尺寸基本上

是一致的。

3.4

样品监管与交接chainofcustody

描述样本收集、分析和处理条件的一组文件。

1

GB/T3780.23-2016

3.5

焦碳char

经不完全燃烧后生成的大于1µm的颗粒，用常规技术不能打散或分散，其组成不是炭黑，却包含

其生成原料的细微结构、矿物质、灰分、残渣等成份。

3.6

扬尘fugitivedust

短时间存在、可迁移至其他表面沉积的颗粒物。

3.7

真菌，污霉点，白粉点fungus,sootymold,mildew

在活的有机物表面生长的颗粒。

3.8

矿物质和城市尘埃mineralandurbandust

指定区域空气中固有的天然无机颗粒物。

3.9

花粉pollen

来自种子植物抱子体的颗粒物。

3.10

橡胶粉rubberdust

从橡胶上磨下的细碎软颗粒物。

3.11

样晶sample

原料或特定物体的一小部分，即被选来做试验，检验，或进行特性观察用。

3.12

烟灰soot

通常是燃烧或裂解时副产的不需要的亚微米黑粉。它由数量不等的吸附或包裹了有机焦油、树脂

的碳质和无机固体物组成。

注：碳质部分也是胶体，通常呈成串葡萄状。烟灰可能有多种碳的形态，例如，可以是柴油和汽汹发动机的碳残留，

也可以是工业火炬、沉淀池、焚烧轮胎等。

3.13

粘性胶带stickytape

面上有粘性、可用溶剂溶解，用于收集表面颗粒的胶带。

3.14

表面surface

承载碳、短时和自然产生的粉尘与颗粒的物质的外表面、表面、边界表面。

3.15

吉L层turbostratic

沿z轴方向非对称性排列的一种石墨晶体结构。

3.16

逸散fugitiveemissions

元组织排放。

注：与炭黑相关的术语参见GB/T7767。

2

GB/T3780.23-2016

4仪器设备

4.1能谱仪CED曰：与扫描电子显微镜CSEM）和透射式电子显微镜CTEM）组合使用，测量物体的元素

组成。

4.2光学显微镜CLM）。

4.3偏振光显微镜CPLM）。

4.4扫描电子显微镜CSEM）。

4.5透射式电子显微镜CTEM）。

5方法概述

5.1本方法描述了收集短时排放／环境样本并确定样本是否含有生产的炭黑（简称炭黑）。

5.2第6章提供了采集和处置短时排放／环境样本的指南。第7章描述了用透射式电子显微镜CTEM)

分析样品的方法，这是确定所收集的样本是否含有炭黑的关键分析，同时也是本方法必须的分析。第8

章描述了样品分析的相关辅助技术，包括样品材料性质的辅助信息。依赖于采用的方法，在某些特殊情

况下能提供准确的鉴定信息。

5.3图l给出了样品分析时可能的流程框图。当然，需要说明的是这个程序是建议性的，并非是必

须的。

TEMX射线TGA

条纹试验

分析方法

分析方法分析方法

图1样品分析的流程框圄

注：颗粒物排放是工业和城市环境空气污染的主要因素。烟灰是燃烧的不想要的副产物，因而随燃料和燃烧条件

的不同而不同。另一方面，炭黑则是在一组受控条件下有目的生产的。因此，将炭黑与烟灰和其他环境污染

物区分开来是重要的。

6样品

6.1应在有代表性的污染区域采集样品。具体应选择有黑色颗粒出现采样区域。在任一地段收集全

部样品的面积应相同。

6.2采样工具z

a)聚醋、棉花球或玻璃纤维毡。

b)透明粘性胶带。

c)培养皿或聚乙烯袋。

6.3按下列两种技术收集样品，在收集、运输和处置样品时应采取预防措施小心操作，不要对样品造成

二次污染：

a)技术之一：将长度适当的粘胶带放置在采样面采集颗粒和固体。收集样品时，用己称重的聚醋

球或玻纤滤片轻擦采样胶带的表面，操作时轻轻地往复移动，将表面的颗粒物和固体收集下

来。注意不要将“老的”或陈年污垢带下来，作用于球或滤片上的压力要适当轻巧。将工作球

或滤片放入塑料袋中井贴好标签。

b)技术之二：小心地移开粘胶带并将其横放于敞口培养皿中或聚乙烯袋内。该技术采集的样品

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适于光学显微镜或X射线光谱仪检查。

所有样品在采集时应清晰地做出标识。采样面积的测量精确到士0.25cm2（每次测量应精确到

土0.5cm），并将测量值记录在表l中。这些样品可用于显微镜和TGA分析（如果用TGA分析，宜用

玻璃纤维毡代替聚醋球采集样品）。

6.4采样时要完整填写气象条件于表2中，同时要完整填写表1。

表1样晶监管与交接记录

样口口口

样品变化

样品采样采样

日期

交样者接样者时间点

采样者说明

序

日期原因

编号面积容器数量

2

3

4

5

意见：

表2采样和气象信息记录

样品编号

投诉者

投诉日期

投诉者电话

投诉者地址

投诉属性（内容、时间、地域）

气象资料（投拆内容发生期间的风速、风向

等）

气象资料来源

工厂申诉报告（投拆内容发生期间）

对其他区域环境的释放情况〈投拆内容发生

时间）

6.5本方法不排除采用规定操作之外的其他手段检查所采集的样品，如聚乙烯于套擦拭、滤纸、衣服上

的样品等，或用其他容器在泄漏部位采集大批量样品。总之，这些样品在采样时都应完整地标识。

6.6两次采样期间，需清洁表面。

4

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7透射式电子显微镜（TEM）检测

7.1测试方法概要

7.1.1本测试方法是评价存在于样品中的葡萄状材料的强制性方法，主要确定它们的形态是否存在与

炭黑和烟灰有关的葡萄状或枝状典型结构。为了区分离散形态参数，需使用透射式电子显微镜进行检

测。此外，第8章提供的辅助方法还可提供材料属性和数量的支持信息。

7.1.2将样品置于氯仿中用超声波处理。使悬浮颗粒沉积到备好的75µm(ZOO目）或48µm(300目）

的铜网上，置于透射式电子显微镜CTEM）上对有效区域进行检测，基于所有形态对成串葡萄状材料进

行评价。

7.2仪器或试剂

7.2.1透射式电子显微镜，配备照相功能。

7.2.2超声波水浴槽或超声波探头，具有适宜的功率以分散颗粒。

7.2.3TEM用网格，3mm,75µm(ZOO目）或48µm(300目），具有碳质衬底。

7.2.4剪刀。

7.2.5玻璃试管，¢10mm×75mm或细颈瓶，¢30mm×50mm。

7.2.6吸管，一次性使用。

7.2.7氯仿，分光光度级。

7.2.8聚醋球或玻璃纤维过滤毡。

7.3试验步骤

7.3.1以洁净的剪刀剪下聚醋棉球或玻璃纤维过滤毡上有样品部分，放入刚刚清洁过的试管或小

瓶内。

7.3.2加lmL~4mL氯仿于玻璃试管或10mL~20mL氯仿于小瓶中，使样品完全浸没于氯仿中。

7.3.3可用超声波水浴或探头将材料分散到氯仿中。如果使用超声波探头，将小瓶置于一个充满冰和

水的容器中。超声处理足够的时间（通常为10min）分散颗粒物。如果待检样品分散不好，用更大的超

声波能量或稀释悬浮液重新准备样品。

7.3.4将有碳衬底的铜网放置在过滤膜上，置于通风橱中。

7.3.5用移液管移取5mm3~10mm3(µL）悬浮液滴于铜网的中心，待溶剂蒸发。液滴置于铜网上时，

会漫到滤纸上并形成比铜网更大的斑点。

7.3.6如果斑点异常地淡，重复7.3.5添加液滴。将剩余的悬浮液倒回试样管，塞好，放在通风橱内。

7.3.7将铜网置于显微镜样品支架上，并将支架插入柱管里。对于炭黑来说加速电压宜为80kV，放大

倍数在5000倍～100000倍。

7.4材料的鉴别

7.4.1聚集体的分类

聚集体的形态分为与成串葡萄状物一致或不一致。炭黑和某些烟灰被认为包含有成串葡萄状

结构。

注：鉴别时充分考虑采样处所生产的炭黑品种。如果在采集的样品中发现有葡萄状物质，最好比较一下环境样品、

进一步检查生产的炭黑来自于受控区域的可能性。

5

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7.4.2葡萄状聚集体

如果聚集体是葡萄状，则继续进行鉴别。放大30000倍～50000倍检查聚集体的整体形态，并放

大100000倍检查原生粒子的微观结构。为有助于分析，建议将有代表性的区域制作成显微照片，粒子

的鉴别见附录A。

7.4.3未知形态

成串葡萄状物质的元素假定以碳为主，如果是未知的，则可以通过与电子显微镜联用的X射线光

谱仪来确定。如果成串葡萄状颗粒不含碳，则直接报告结果。

7.4.4聚集体形态

7.4.4.1评价聚集体内的原生粒子是如何连接在一起的，主要是看原生粒子之间连接部分的尺寸（直径

和长度）。在炭黑聚集体中，粒子间连接部分的尺寸小于原生粒子的直径。而一些烟灰的连接部分与原

生粒子尺寸相当，导致难以将一颗原生粒子与另外的粒子区分开来。

下列情况用于确定聚集体是否是不同于炭黑：

一一一大多数聚集体含有边界不清的原生粒子；

一一一－原生粒子之间连接部分的直径和长度与原生粒子的尺寸相当；

→一←单个聚集体中原生粒子尺寸分布宽；

→－－一粒子缺乏同心层结构和表面平行取向石墨层。

满足上述任一参数，均可排除炭黑的存在。

7.4.4.2如果聚集体的成串葡萄状或分支状与炭黑不一致，则直接报告结果。如果发现聚集体与炭黑

一致，则需继续进行原生粒子的鉴别。

7.4.4.3大多数炭黑聚集体的原生粒子边界清晰、大小均匀。通常情况下，用100000倍～500000倍

放大观察，炭黑原生粒子的边界显得相当光滑。相应的，某些烟灰的原生粒子主要部分的边界就显得粗

糙，有点参差不齐，有被侵蚀的外观，显示为粒子与炭黑不一致。

7.4.4.4评价原生粒子的微观结构。一般情况下，炭黑具有乱层结构，其短的石墨层有序、表面平行取

向、内层同心占位。炉法炭黑聚集体的原生粒子大小在10nm~100nm范围，热裂炭黑在200nm~

500nm范围。如果不满足这些条件，可以讲该材料与炭黑不一致。

7.4.4.5在适当放大倍率下制作有代表性的显微照片，并有效支持分析工作。参见显微照片

图A.l～图A.14，将有助于炭黑的鉴别。检验报告按第9章要求编写。

8辅助方法提供支持数据

8.1辅助方法概要

本章提供了样品鉴别方法。这些方法的情形相互影响（基于第7章的TEM检查结果）并存在疑问

时，能提供关键性支持，有时是“指纹”性信息，鉴别时是有用的。

8.2条纹测试方法

8.2.1方法概要

在此测试方法中，用镜头纸擦拭有样品的表面，然后目测检查黑色条纹。条纹测试方法可显示新近

6

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沉积的炭黑、烟灰、霉菌，以及天然的颗粒。出现条纹的测试方法识别不出炭黑，因为烟灰和其他颗粒材

料也能出现条纹。

8.2.2仪器设备

8.2.2.1聚醋或棉花球。

8.2.2.2光学擦镜纸。

8.2.3试验步骤

用一个或多个聚醋或棉花球做成一个圆柱体（约if>15mm×40mm）。以擦镜纸包裹细长的圆柱

体，并用细长的圆柱体在沉积表面擦过约30cm行程。反复此动作。观察擦镜纸上的条纹。柔软的面

巾纸也可在光滑表面上使用。炭黑和大多数烟灰都会因分散颗粒在纸巾上留下条纹。将擦镜纸放在一

个塑料袋里，做好标记，以备将来测试。

注：采集的颗粒应保存于密封袋或容器中，以免受到外来颗粒的污染。

8.3光学显微镜检查

8.3.1方法概要

本方法是一种筛选试验的方法，通过光学显微镜检查对样品给出一个总体概况。该方法虽然是有

用的，但不是必须的方法，所得结果不能确认炭黑存在与否。

8.3.2仪器