Kapitel 2 Carbon Black - bei DuEPublico - an der Universität ...

Diskussion 97
Die chemischen Verschiebungen und Halbwertsbreiten der 129 Xe-NMR-Signale sind dabei
von der Porengröße und der Porengrößenverteilung abhängig. Kleine Poren führen i. A.
zu verstärkten Wechselwirkungen der Xenonatome mit der Adsorbentoberfläche und
somit zu höheren chemischen Verschiebungen. Die größten Porenräume bilden sich bei
der Agglomeration der Aggregate und werden als Interaggregatporen bezeichnet. Aus
makroskopischer Sicht bestimmen sie die Stampfdichte der Carbon Blacks, wobei eine
hohe Stampfdichte kleinen Interaggregatporen entspricht und umgekehrt. Das 129 Xe-
NMR-Signal ist dabei jeweils zum tiefen bzw. hohen Feld verschoben. Die unregelmäßige
Struktur der Aggregate führt zusätzlich zu einer Porengrößenverteilung und somit zu einer
inhomogenen Linienverbreiterung, wie es in Abbildung 6.2-1 schematisch dargestellt ist.
Kleinere Poren entstehen bei der Aggregation der Primärpartikel, die, wie wir in
Kapitel 6.3.1 sehen werden, bei einer kubischdichten Anordnung linear von der mittleren
Partikelgröße abhängen. Die Resonanzlinien der in diesen Intraaggregatporen
adsorbierten Xenonatome sind aufgrund der stärkeren Wechselwirkungen mit der
Porenoberfläche zu tieferem Feld verschoben. Im Gegensatz zu den Interaggregatporen
ist hier eine homogenere Porengrößenverteilung zu erwarten, die wiederum zu kleineren
Halbwertsbreiten führen.
Poröse Primärpartikel liefern schließlich die dritte Porenart, die nur in Carbon Blacks mit
hoher spezifischer Oberfläche (> 500 m 2 /g) zu finden ist. [1-3] Hier befinden sich die
Xenonatome innerhalb der Kohlenstoffmatrix in Intrapartikelporen, wo sie direkt von
aliphatischen und aromatischen Kohlenstoffatomen umgeben sind (vgl. Netzwerktheorie
in Kapitel 2.3.3), so dass man daher auch von einer Absorption der Xenonatome
sprechen kann. Aufgrund der hohen Wechselwirkungen mit der Festkörpermatrix ist
hierbei die höchste Tieffeldverschiebung der Resonanzsignale zu beobachten. Die
chemischen Verschiebung sollte dabei unabhängig von den makroskopischen
Eigenschaften sein und somit für alle Carbon Blacks mit mikroporösen Primärpartikeln
den gleichen Wert annehmen.
Zuletzt sei auf das Resonanzsignal des freien (extraporösen) Xenons hingewiesen, das
unter Vernachlässigung von Austauscheffekten stets ein Signal geringer Halbwertsbreite
im hohen Feld liefert und dessen chemische Verschiebung zur genauen Bestimmung des
Innendrucks der Probe benutzt wird.
Anhand dieses Porenmodells und den nun beschriebenen Austausch- und
Diffusionsprozessen, werden die einzelnen Carbon Blacks hinsichtlich ihrer Struktur und