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

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Kapitel 6
Black Pearls 2000 bei 10,9 bar und langen Diffusionszeiten (200 ms) vergleichbar ist
(Dp = 3,27⋅10 -9 m 2 /g).
6.4.5 Gehinderte Diffusion
Die diffusionszeitabhängigen Messungen in Black Pearls 2000 weisen deutlich auf eine
gehinderte Diffusion der intraporösen Xenonatome hin (Abbildung 5.5-4). Bei kleinen
Diffusionszeiten (≤ 20 ms) ist eine schnelle Abnahme des Diffusionskoeffizienten DP zu
beobachten, wobei der weitere Kurvenverlauf das Erreichen eines Grenzwertes bei
∆ > 200 ms vermuten lässt. Während einer kurzen Diffusionszeit kollidieren nur wenige
Xenonatome mit den Porenwänden, so dass im Mittel alle Xenonatome einer nahezu
freien Selbstdiffusion und ein hoher Diffusionskoeffizient erhalten wird. Mit zunehmender
Diffusionszeit nimmt die Zahl der Xenonatome zu, die eine gehinderte Diffusion erfahren,
und der Diffusionskoeffizient wird somit kleiner (vgl. Abbildung 3.3-1). Bei langen
Diffusionszeiten erleiden alle Xenonatome die gleiche Hinderung ihrer
Diffusionsbewegung und Dp erreicht einen Grenzwert, der größer null ist, da es sich um
eine offene, aber weitverzweigte Porenstruktur handelt.
Diese Abnahme des Diffusionskoeffizienten mit zunehmender Diffusionszeit macht aber
auch deutlich, dass die intraporösen Xenonatome nicht mit den extraporösen
austauschen, d. h., die Porenstruktur kann für die Xenonatome währen des NMR-
Experiments als abgeschlossen angesehen werden (s. Dzyl(∆) in Abbildung 3.3-2). Bis
200 ms wird jedoch kein Grenzwert erreicht, der nach der Theorie von Mitra et al. die
Tortuosität des Systems beschreiben würde (Kapitel 3.3). [50] Dieser Grenzwert und die
dabei zurückgelegte mittlere freie Weglänge entsprächen der Ausdehnung des
verzweigten Porensystems und würde die Aggregat- bzw. Agglomeratgröße der Carbon
Blacks wiederspiegeln. In 200 ms legen die Xenonatome in Black Pearls 2000 eine
mittlere Weglänge von 62,6 µm zurück, die etwa den Durchmessern von etwa 5200
Primärpartikeln (PG = 12 nm) entspricht. Diese Werte liegen in der üblichen
Größenordnung für Aggregate und Agglomerate in Carbon Blacks, die eine Ausdehnung
von wenigen Mikrometern bis zu einem Millimeter aufweisen können (aus AFM-
Messungen). [1] Man kann also davon ausgehen, dass die Xenonatome in diesem
Zeitraum die Grenzen der Aggregate erreichen und mit benachbarten Inter- und
Intraaggregatporen austauschen können. 2D-Austausch-Experimente an Blends aus den
Carbon Blacks N110, N347 und N472 haben z. B. gezeigt, dass bis 6 ms kein Austausch