Rubber compounding ingredients — Carbon black — Determination of specific surface area by nitrogen adsorption methods — Single-point procedures

This document specifies two methods for the determination of the specific surface area of types and grades of carbon black for use in the rubber industry: — method A: automatic gas chromatography method (carrier gas method); — method B: automatic volumetric method. Somewhat different results might be obtained from the two methods. The degassing procedure differs between method A and method B, and it is important to investigate the possibility of correcting the results by using standard reference blacks. The results might also differ from those obtained using the multipoint method specified in ISO 18852, which is the preferred method. These methods are not applicable to porous carbon blacks.

Ingrédients de mélange du caoutchouc — Noir de carbone — Détermination de la surface spécifique par méthodes par adsorption d'azote — Modes opératoires à un point de mesure

Le présent document spécifie deux méthodes pour la détermination de la surface spécifique des types et qualités de noirs de carbone utilisés dans l'industrie du caoutchouc: — méthode A: méthode par chromatographie en phase gazeuse (méthode du gaz vecteur) automatique; — méthode B: méthode volumétrique automatique. Les deux méthodes peuvent donner des résultats légèrement différents. La procédure de dégazage diffère entre la méthode A et la méthode B, et il est important d'envisager la possibilité de corriger les résultats en utilisant des noirs industriels de référence. Les résultats peuvent également différer de ceux obtenus à l'aide de la méthode multipoint spécifiée dans l'ISO 18852, qui est la méthode préférentielle. Ces méthodes ne s'appliquent pas aux noirs de carbone poreux.

General Information

Status
Published
Publication Date
22-Jul-2020
Current Stage
6060 - International Standard published
Start Date
23-Jul-2020
Completion Date
23-Jul-2020
Ref Project

RELATIONS

Buy Standard

Standard
ISO 4652:2020 - Rubber compounding ingredients -- Carbon black -- Determination of specific surface area by nitrogen adsorption methods -- Single-point procedures
English language
15 pages
sale 15% off
Preview
sale 15% off
Preview
Standard
ISO 4652:2020 - Ingrédients de mélange du caoutchouc -- Noir de carbone -- Détermination de la surface spécifique par méthodes par adsorption d'azote -- Modes opératoires à un point de mesure
French language
15 pages
sale 15% off
Preview
sale 15% off
Preview
Draft
ISO/PRF 4652 - Rubber compounding ingredients -- Carbon black -- Determination of specific surface area by nitrogen adsorption methods -- Single-point procedures
English language
15 pages
sale 15% off
Preview
sale 15% off
Preview

Standards Content (sample)

INTERNATIONAL ISO
STANDARD 4652
Third edition
2020-07
Rubber compounding ingredients —
Carbon black — Determination of
specific surface area by nitrogen
adsorption methods — Single-point
procedures
Ingrédients de mélange du caoutchouc — Noir de carbone —
Détermination de la surface spécifique par méthodes par adsorption
d'azote — Modes opératoires à un point de mesure
Reference number
ISO 4652:2020(E)
ISO 2020
---------------------- Page: 1 ----------------------
ISO 4652:2020(E)
COPYRIGHT PROTECTED DOCUMENT
© ISO 2020

All rights reserved. Unless otherwise specified, or required in the context of its implementation, no part of this publication may

be reproduced or utilized otherwise in any form or by any means, electronic or mechanical, including photocopying, or posting

on the internet or an intranet, without prior written permission. Permission can be requested from either ISO at the address

below or ISO’s member body in the country of the requester.
ISO copyright office
CP 401 • Ch. de Blandonnet 8
CH-1214 Vernier, Geneva
Phone: +41 22 749 01 11
Email: copyright@iso.org
Website: www.iso.org
Published in Switzerland
ii © ISO 2020 – All rights reserved
---------------------- Page: 2 ----------------------
ISO 4652:2020(E)
Contents Page

Foreword ........................................................................................................................................................................................................................................iv

Introduction ..................................................................................................................................................................................................................................v

1 Scope ................................................................................................................................................................................................................................. 1

2 Normative references ...................................................................................................................................................................................... 1

3 Terms and definitions ..................................................................................................................................................................................... 1

4 Method A: Automatic gas chromatography (carrier gas method) .....................................................................1

4.1 Principle ........................................................................................................................................................................................................ 1

4.2 Apparatus .................................................................................................................................................................................................... 2

4.3 Reagents........................................................................................................................................................................................................ 3

4.4 Preparation of the sample portion ......................................................................................................................................... 3

4.5 Degassing of sample ........................................................................................................................................................................... 3

4.6 Measurement procedure ................................................................................................................................................................ 4

4.7 Validation ..................................................................................................................................................................................................... 4

4.8 Expression of results .......................................................................................................................................................................... 5

4.8.1 Results without correction ...................................................................................................................................... 5

4.8.2 Results with correction .............................................................................................................................................. 5

4.9 Correction by the multipoint nitrogen surface area (optional) .................................................................... 6

4.10 Test report ................................................................................................................................................................................................... 6

5 Method B: Automatic volumetric method .................................................................................................................................. 6

5.1 Principle ........................................................................................................................................................................................................ 6

5.2 Apparatus .................................................................................................................................................................................................... 6

5.3 Reagents........................................................................................................................................................................................................ 8

5.4 Preparation of automatic volumetric adsorption measurement apparatus ...................................... 8

5.5 Degassing of sample ........................................................................................................................................................................... 9

5.5.1 General...................................................................................................................................................................................... 9

5.5.2 Vacuum suction method ............................................................................................................................................ 9

5.5.3 Purge gas flow method ............................................................................................................................................... 9

5.6 Measurement procedure .............................................................................................................................................................10

5.7 Validation with SRB .........................................................................................................................................................................10

5.8 Expression of results .......................................................................................................................................................................10

5.9 Correction by the multipoint nitrogen surface area (optional) .................................................................10

5.10 Test report ................................................................................................................................................................................................10

6 Precision ....................................................................................................................................................................................................................11

Annex A (informative) Correction by the multipoint nitrogen surface area ............................................................12

Annex B (informative) Precision ............................................................................................................................................................................13

Bibliography .............................................................................................................................................................................................................................15

© ISO 2020 – All rights reserved iii
---------------------- Page: 3 ----------------------
ISO 4652:2020(E)
Foreword

ISO (the International Organization for Standardization) is a worldwide federation of national standards

bodies (ISO member bodies). The work of preparing International Standards is normally carried out

through ISO technical committees. Each member body interested in a subject for which a technical

committee has been established has the right to be represented on that committee. International

organizations, governmental and non-governmental, in liaison with ISO, also take part in the work.

ISO collaborates closely with the International Electrotechnical Commission (IEC) on all matters of

electrotechnical standardization.

The procedures used to develop this document and those intended for its further maintenance are

described in the ISO/IEC Directives, Part 1. In particular, the different approval criteria needed for the

different types of ISO documents should be noted. This document was drafted in accordance with the

editorial rules of the ISO/IEC Directives, Part 2 (see www .iso .org/ directives).

Attention is drawn to the possibility that some of the elements of this document may be the subject of

patent rights. ISO shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights. Details of

any patent rights identified during the development of the document will be in the Introduction and/or

on the ISO list of patent declarations received (see www .iso .org/ patents).

Any trade name used in this document is information given for the convenience of users and does not

constitute an endorsement.

For an explanation of the voluntary nature of standards, the meaning of ISO specific terms and

expressions related to conformity assessment, as well as information about ISO's adherence to the

World Trade Organization (WTO) principles in the Technical Barriers to Trade (TBT), see www .iso .org/

iso/ foreword .html.

This document was prepared by Technical Committee ISO/TC 45, Rubber and rubber products,

Subcommittee SC 3, Raw materials (including latex) for use in the rubber industry.

This third edition cancels and replaces the second edition (ISO 4652:2012), which has been technically

revised. The main changes compared to the previous edition are as follows:

— the former method A has been updated as an automatic volumetric method (method B);

— the former method B has been removed;

— the former methods C and D have been updated as an automatic gas chromatography method

(method A);
— 4.4 has been clarified;
— Annex B on precision data has been added.

Any feedback or questions on this document should be directed to the user’s national standards body. A

complete listing of these bodies can be found at www .iso .org/ members .html.
iv © ISO 2020 – All rights reserved
---------------------- Page: 4 ----------------------
ISO 4652:2020(E)
Introduction

The specific surface area of carbon black is an important element which categorizes the type of carbon

black. In this document, nitrogen adsorption at the relative pressure of 0,3 is measured to determine

the specific surface area (the single-point method). The single-point method can be a reasonable

alternative for process management and shipping management after testing with the multi-point

method in ISO 18852, because the measurement time is shorter and relative magnitude of the specific

surface area among the samples is kept.

The multi-point method determines specific surface area on the basis of monolayer amount of nitrogen

adsorbed (V ) which is derived by Formula (1):
VM=+1 B (1)
where
M is the slope of the BET plot (see ISO 9277);
B is the intercept of the BET plot (see ISO 9277),

The single-point method simplifies this technique by assuming the intercept (B) as zero and calculating

the slope (M) with the straight line joining the origin and the point at the relative pressure of 0,3.

Therefore, the monolayer amount and specific surface area determined by the single-point method is

always lower than those determined by the multi-point method.

Although most of the operation is done automatically, the operator should be familiar with the operation

and follow the instruction manual.
© ISO 2020 – All rights reserved v
---------------------- Page: 5 ----------------------
INTERNATIONAL STANDARD ISO 4652:2020(E)
Rubber compounding ingredients — Carbon black
— Determination of specific surface area by nitrogen
adsorption methods — Single-point procedures

WARNING — Persons using this document should be familiar with normal laboratory practice.

This document does not purport to address all of the safety problems, if any, associated with its

use. It is the responsibility of the user to establish appropriate safety and health practices.

1 Scope

This document specifies two methods for the determination of the specific surface area of types and

grades of carbon black for use in the rubber industry:
— method A: automatic gas chromatography method (carrier gas method);
— method B: automatic volumetric method.

Somewhat different results might be obtained from the two methods. The degassing procedure differs

between method A and method B, and it is important to investigate the possibility of correcting the

results by using standard reference blacks.

The results might also differ from those obtained using the multipoint method specified in ISO 18852,

which is the preferred method.
These methods are not applicable to porous carbon blacks.
2 Normative references
There are no normative references in this document.
3 Terms and definitions
No terms and definitions are listed in this document.

ISO and IEC maintain terminological databases for use in standardization at the following addresses:

— ISO Online browsing platform: available at https:// www .iso .org/ obp
— IEC Electropedia: available at http:// www .electropedia .org/
4 Method A: Automatic gas chromatography (carrier gas method)
4.1 Principle

The mixed gas of helium and nitrogen (volume fraction 70 % and 30 %, respectively) is dosed to the

degassed sample at the temperature of liquid nitrogen. The nitrogen in the mixed gas is adsorbed on

the surface of a test portion of carbon black, so that the composition of the gas changes. The nitrogen

is then desorbed by warming the test portion and the ratio of the mixed gas changes again. Since the

thermal conductivity varies depending on the mixed gas concentration, it is possible to determine the

amount of absorbed nitrogen gas using the thermal conductivity detector (TCD) of the system. Almost

all the operations are automatically performed.
© ISO 2020 – All rights reserved 1
---------------------- Page: 6 ----------------------
ISO 4652:2020(E)
4.2 Apparatus

4.2.1 Automatic gas chromatography specific surface area measurement system, incorporating a

thermal conductivity detector as well as the following devices.

— Dewar flask, for liquid nitrogen, of a size to contain the liquid nitrogen and capable to keep the

adsorption cell cooled for a predetermined time.

WARNING — Use caution. Gloves and safety glasses should be worn as the temperature of the

liquid nitrogen is −196 °C.

— Heating device, capable of maintaining the temperature of 300 °C ± 10 °C, for degassing the test

portion.
— Air blower.
An example is shown in Figure 1.
Key
1 buffer 8 Dewar flask
2 thermal conductivity detector 9 air blower
3 flowmeter 10 connector
4 heating device 11 calibration loop
5 pressure gauge 12 mixed gas cylinder
6 adsorption cell (sample tube) 13 nitrogen cylinder
7 sample 14 degassing holder for the test portion
Figure 1 — Apparatus of automatic gas chromatography

4.2.2 Sample tubes, U-tube type, made of heat-resistant glass, of a size to fit the automatic gas

chromatography specific surface area measurement system used.

4.2.3 Pressure regulators, for helium-nitrogen mixed gas (4.3.1) and nitrogen gas (4.3.2).

4.2.4 Analytical balance, accurate to 0,1 mg.
2 © ISO 2020 – All rights reserved
---------------------- Page: 7 ----------------------
ISO 4652:2020(E)
4.2.5 Pipe cleaner.
4.3 Reagents
4.3.1 Helium-nitrogen mixed gas.

The volume mixing ratio of helium and nitrogen is 7:3, and it is kept in a pressure vessel.

4.3.2 Nitrogen gas, of purity greater than 99,999 5 %.
4.3.3 Standard reference black.
4.4 Preparation of the sample portion

Pellets of carbon black may not be crushed. Unagitated, unpelletized carbon black may be densified if

desired.

Prepare a test portion by roughly weighing the mass of test portion given in Table 1. If the approximate

specific surface area of the sample is not known, preliminary test may be carried out to determine the

mass of the test portion. The final mass of the test portion to be used for the calculation is weighed and

determined in 4.6.7, 5.5.2.2 and 5.5.3.5 of each procedure.

NOTE Generally a good precision is obtained when the mass of the test portion corresponds to the specific

2 2
surface area between 10 m and 20 m as given in Table 1.
Table 1 — Recommended test portion masses
Carbon black series Specific surface area Mass of test portion
m /g g
Higher grade than N100 >200 0,05
N100 120 to 150 0,08 to 0,14
N200 100 to 120 0,1 to 0,16
N300 70 to 100 0,14 to 0,20
N500 40 to 60 0,25 to 0,33
N600 25 to 40 0,4 to 0,5
N700–N900 10 to 25 1,0
4.5 Degassing of sample

4.5.1 To determine the specific surface area, it is necessary to degas the contaminating molecules

adsorbed on the sample surface before measurement. Connect an empty sample tube to the degassing

holder. After the nitrogen gas is introduced into the sample tube, the tube is removed from the holder

and promptly sealed with a lid or valve, and the mass in grams (m ) is recorded to the nearest 0,1 mg.

4.5.2 Put the prepared test portion (see 4.4) in the adsorption cell. Drop the specimen clinging on the

tube wall into the bottom with the pipe cleaner.

4.5.3 The sample tube with the sample (4.5.2) is connected to the degassing holder, and the nitrogen

gas of the appropriate flow rate (which does not scatter the sample) is introduced.

4.5.4 While introducing the gas, heat the sample at 300 °C ± 10 °C by the heater for 15 min, then allow

it to cool to the room temperature to terminate the degassing process.
© ISO 2020 – All rights reserved 3
---------------------- Page: 8 ----------------------
ISO 4652:2020(E)
4.6 Measurement procedure

4.6.1 After setting the degassed sample tube to the measurement unit and distributing helium-

nitrogen mixture gas (4.3.1), ensure that the baseline of the thermal conductivity detector is stable. Set

the baseline to zero.

4.6.2 After circulating helium-nitrogen mixture gas for a few minutes, the thermal conductivity

detector is turned on.

4.6.3 Cool the sample tube with the sample in the liquid nitrogen in the Dewar flask.

4.6.4 The baseline of the thermal conductivity detector becomes stable when the adsorption has been

completed. Remove the sample tube out of the liquid nitrogen and warm it with the air blower to the

room temperature.

To operate efficiently, degassing of the next sample portion may be done in parallel with the adsorption

and desorption process.

4.6.5 The peak area of the desorption is stored in the device or in the control computer.

4.6.6 Calibrate the thermal conductivi
...

NORME ISO
INTERNATIONALE 4652
Troisième édition
2020-07
Ingrédients de mélange du
caoutchouc — Noir de carbone
— Détermination de la surface
spécifique par méthodes par
adsorption d'azote — Modes
opératoires à un point de mesure
Rubber compounding ingredients — Carbon black — Determination
of specific surface area by nitrogen adsorption methods — Single-
point procedures
Numéro de référence
ISO 4652:2020(F)
ISO 2020
---------------------- Page: 1 ----------------------
ISO 4652:2020(F)
DOCUMENT PROTÉGÉ PAR COPYRIGHT
© ISO 2020

Tous droits réservés. Sauf prescription différente ou nécessité dans le contexte de sa mise en œuvre, aucune partie de cette

publication ne peut être reproduite ni utilisée sous quelque forme que ce soit et par aucun procédé, électronique ou mécanique,

y compris la photocopie, ou la diffusion sur l’internet ou sur un intranet, sans autorisation écrite préalable. Une autorisation peut

être demandée à l’ISO à l’adresse ci-après ou au comité membre de l’ISO dans le pays du demandeur.

ISO copyright office
Case postale 401 • Ch. de Blandonnet 8
CH-1214 Vernier, Genève
Tél.: +41 22 749 01 11
E-mail: copyright@iso.org
Web: www.iso.org
Publié en Suisse
ii © ISO 2020 – Tous droits réservés
---------------------- Page: 2 ----------------------
ISO 4652:2020(F)
Sommaire Page

Avant-propos ..............................................................................................................................................................................................................................iv

Introduction ..................................................................................................................................................................................................................................v

1 Domaine d'application ................................................................................................................................................................................... 1

2 Références normatives ................................................................................................................................................................................... 1

3 Termes et définitions ....................................................................................................................................................................................... 1

4 Méthode A: Méthode automatique par chromatographie en phase gazeuse

(méthode du gaz vecteur) ........................................................................................................................................................................... 1

4.1 Principe ......................................................................................................................................................................................................... 1

4.2 Appareillage............................................................................................................................................................................................... 2

4.3 Réactifs ........................................................................................................................................................................................................... 3

4.4 Préparation d’une prise d’essai ................................................................................................................................................ 3

4.5 Dégazage de l’échantillon .............................................................................................................................................................. 3

4.6 Mode opératoire de mesurage ................................................................................................................................................... 4

4.7 Validation ..................................................................................................................................................................................................... 4

4.8 Expression des résultats ................................................................................................................................................................. 5

4.8.1 Résultats sans correction ......................................................................................................................................... 5

4.8.2 Résultats avec correction.......................................................................................................................................... 5

4.9 Correction par la surface de l'azote multipoints (facultatif) ........................................................................... 6

4.10 Rapport d’essai ....................................................................................................................................................................................... 6

5 Méthode B: Méthode volumétrique automatique .............................................................................................................. 6

5.1 Principe ......................................................................................................................................................................................................... 6

5.2 Appareillage............................................................................................................................................................................................... 6

5.3 Réactifs ........................................................................................................................................................................................................... 8

5.4 Préparation de l'appareil de mesure automatique de l'adsorption volumétrique....................... 8

5.5 Dégazage de l’échantillon .............................................................................................................................................................. 9

5.5.1 Généralités ............................................................................................................................................................................ 9

5.5.2 Méthode d'aspiration par le vide ....................................................................................................................... 9

5.5.3 Méthode avec débit de gaz de purge ............................................................................................................... 9

5.6 Mode opératoire de mesurage ................................................................................................................................................10

5.7 Validation avec le SRB ....................................................................................................................................................................10

5.8 Expression des résultats ..............................................................................................................................................................10

5.9 Correction par la surface d’azote multipoints (facultatif) ..............................................................................10

5.10 Rapport d’essai ....................................................................................................................................................................................10

6 Fidélité .........................................................................................................................................................................................................................11

Annexe A (informative) Correction par la surface par adsorption d’azote par méthode

multipoints ..............................................................................................................................................................................................................12

Annexe B (informative) Fidélité..............................................................................................................................................................................13

Bibliographie ...........................................................................................................................................................................................................................15

© ISO 2020 – Tous droits réservés iii
---------------------- Page: 3 ----------------------
ISO 4652:2020(F)
Avant-propos

L'ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération mondiale d'organismes

nationaux de normalisation (comités membres de l'ISO). L'élaboration des Normes internationales est

en général confiée aux comités techniques de l'ISO. Chaque comité membre intéressé par une étude

a le droit de faire partie du comité technique créé à cet effet. Les organisations internationales,

gouvernementales et non gouvernementales, en liaison avec l'ISO participent également aux travaux.

L'ISO collabore étroitement avec la Commission électrotechnique internationale (IEC) en ce qui

concerne la normalisation électrotechnique.

Les procédures utilisées pour élaborer le présent document et celles destinées à sa mise à jour sont

décrites dans les Directives ISO/IEC, Partie 1. Il convient, en particulier, de prendre note des différents

critères d'approbation requis pour les différents types de documents ISO. Le présent document a été

rédigé conformément aux règles de rédaction données dans les Directives ISO/IEC, Partie 2 (voir www

.iso .org/ directives).

L'attention est attirée sur le fait que certains des éléments du présent document peuvent faire l'objet de

droits de propriété intellectuelle ou de droits analogues. L'ISO ne saurait être tenue pour responsable

de ne pas avoir identifié de tels droits de propriété et averti de leur existence. Les détails concernant

les références aux droits de propriété intellectuelle ou autres droits analogues identifiés lors de

l'élaboration du document sont indiqués dans l'Introduction et/ou dans la liste des déclarations de

brevets reçues par l'ISO (voir www .iso .org/ brevets).

Les appellations commerciales éventuellement mentionnées dans le présent document sont données

pour information, par souci de commodité, à l’intention des utilisateurs et ne sauraient constituer un

engagement.

Pour une explication de la nature volontaire des normes, la signification des termes et expressions

spécifiques de l'ISO liés à l'évaluation de la conformité, ou pour toute information au sujet de l'adhésion

de l'ISO aux principes de l’Organisation mondiale du commerce (OMC) concernant les obstacles

techniques au commerce (OTC), voir www .iso .org/ avant -propos.

Le présent document a été élaboré par le comité technique ISO/TC 45, Élastomères et produits à base

d'élastomères, sous-comité SC 3, Matières premières (y compris le latex) à l'usage de l'industrie des

élastomères.

Cette troisième édition annule et remplace la seconde édition (ISO 4652:2012), qui a fait l’objet d’une

révision technique. Les principales modifications par rapport à l’édition précédente sont les suivantes:

— l’ancienne méthode A a été mise à jour en tant que méthode volumétrique automatique (méthode B);

— l’ancienne méthode B a été supprimée;

— les anciennes méthodes C et D ont été mises à jour en tant que méthode par chromatographie en

phase gazeuse automatique (méthode A);
— le 4.4 a été clarifié;
— une Annexe B sur les données de fidélité a été ajoutée.

Il convient que l’utilisateur adresse tout retour d’information ou toute question concernant le présent

document à l’organisme national de normalisation de son pays. Une liste exhaustive desdits organismes

se trouve à l’adresse www .iso .org/ fr/ members .html.
iv © ISO 2020 – Tous droits réservés
---------------------- Page: 4 ----------------------
ISO 4652:2020(F)
Introduction

La surface spécifique du noir de carbone est un élément important qui catégorise le type de noir de

carbone. Dans le présent document, l'adsorption d'azote à la pression relative de 0,3 est mesurée

pour déterminer la surface spécifique (la méthode en un point). La méthode en un point peut être une

alternative raisonnable pour la gestion de processus et la gestion du transport après des essais avec la

méthode multipoints de l’ISO 18852, car le temps de mesure est plus court et l'amplitude relative de la

surface spécifique entre les échantillons est maintenue.

La méthode multipoint détermine la surface spécifique sur la base de la quantité de monocouche d'azote

adsorbée (V ) qui est dérivée de la Formule (1):
VM=+1 B (1)
M est la pente de la transformée BET (voir l’ISO 9277);
B est le point d'interception de la transformée BET (voir l’ISO 9277),

La méthode à point unique simplifie cette technique en prenant l'interception (B) pour zéro et

en calculant la pente (M) avec la droite reliant l'origine et le point à la pression relative de 0,3. Par

conséquent, la quantité de monocouche et la surface spécifique déterminée par la méthode à point

unique sont toujours inférieures à celles déterminées par la méthode à points multiples.

Bien que la plus grande partie des opérations se fasse automatiquement, il convient que l'opérateur

connaisse le fonctionnement et suive le manuel d'instructions.
© ISO 2020 – Tous droits réservés v
---------------------- Page: 5 ----------------------
NORME INTERNATIONALE ISO 4652:2020(F)
Ingrédients de mélange du caoutchouc — Noir de carbone
— Détermination de la surface spécifique par méthodes
par adsorption d'azote — Modes opératoires à un point
de mesure

AVERTISSEMENT — Il convient que les utilisateurs du présent document connaissent bien les

pratiques courantes de laboratoire. Le présent document n'a pas pour but de traiter tous les

problèmes de sécurité qui sont, le cas échéant, liés à son utilisation. Il incombe à l'utilisateur

d'établir des pratiques appropriées en matière d'hygiène et de sécurité.
1 Domaine d'application

Le présent document spécifie deux méthodes pour la détermination de la surface spécifique des types

et qualités de noirs de carbone utilisés dans l’industrie du caoutchouc:

— méthode A: méthode par chromatographie en phase gazeuse (méthode du gaz vecteur) automatique;

— méthode B: méthode volumétrique automatique.

Les deux méthodes peuvent donner des résultats légèrement différents. La procédure de dégazage

diffère entre la méthode A et la méthode B, et il est important d’envisager la possibilité de corriger les

résultats en utilisant des noirs industriels de référence.

Les résultats peuvent également différer de ceux obtenus à l'aide de la méthode multipoint spécifiée

dans l’ISO 18852, qui est la méthode préférentielle.
Ces méthodes ne s'appliquent pas aux noirs de carbone poreux.
2 Références normatives
Il n’y a aucune référence normative dans le présent document.
3 Termes et définitions
Il n’y a aucun terme et définition dans le présent document.

L’ISO et l’IEC tiennent à jour des bases de données terminologiques destinées à être utilisées en

normalisation, consultables aux adresses suivantes:

— ISO Online browsing platform: disponible à l’adresse https:// www .iso .org/ obp

— IEC Electropedia: disponible à l’adresse http:// www .electropedia .org/
4 Méthode A: Méthode automatique par chromatographie en phase gazeuse
(méthode du gaz vecteur)
4.1 Principe

Le mélange gazeux d'hélium et d'azote (fraction volumique 70 % et 30 % respectivement) est dosé dans

l'échantillon dégazé à la température de l'azote liquide. L'azote contenu dans le mélange gazeux est

adsorbé à la surface d'une prise d'essai de noir de carbone, de sorte que la composition du gaz change.

L'azote est ensuite désorbé en réchauffant la prise d'essai et le rapport du mélange gazeux change à

© ISO 2020 – Tous droits réservés 1
---------------------- Page: 6 ----------------------
ISO 4652:2020(F)

nouveau. Comme la conductivité thermique varie en fonction de la concentration du mélange gazeux, il

est possible de déterminer la quantité d'azote absorbée à l'aide du détecteur de conductivité thermique

(TCD) du système. Presque toutes les opérations sont effectuées automatiquement.
4.2 Appareillage

4.2.1 Système automatique de mesure de surface spécifique par chromatographie en phase

gazeuse, comprenant un détecteur de conductivité thermique ainsi que les dispositifs suivants.

— Vase de Dewar, pour l’azote liquide, d'une taille permettant de contenir l'azote liquide et capable de

maintenir la cellule d'adsorption refroidie pendant une durée prédéterminée.

AVERTISSEMENT — Prendre des précautions. Il convient de porter des gants et des lunettes de

sécurité car la température de l'azote liquide est de −196 °C.

— Dispositif de chauffage, capable de maintenir une température de 300 °C ± 10 °C, pour le dégazage

de la prise d'essai.
— Soufflerie.
Un exemple est représenté à la Figure 1.
Légende
1 tampon 8 vase de Dewar
2 détecteur de conductivité thermique 9 ventilateur
3 débitmètre 10 connecteur
4 dispositif de chauffage 11 boucle d’étalonnage
5 manomètre 12 bouteille de mélange de gaz
6 cellule d'adsorption (tube à essai) 13 bouteille d’azote
7 échantillon 14 support de dégazage pour la prise d'essai
Figure 1 — Appareillage pour la chromatographie en phase gazeuse automatique

4.2.2 Tubes à essais, tube en forme de U, en verre résistant à la chaleur, d'une taille adaptée au

système de mesure automatique de la surface spécifique en chromatographie en phase gazeuse utilisé.

2 © ISO 2020 – Tous droits réservés
---------------------- Page: 7 ----------------------
ISO 4652:2020(F)

4.2.3 Régulateurs de pression, pour le mélange hélium-azote (4.3.1) et l’azote (4.3.2).

4.2.4 Balance analytique, précise à 0,1 mg.
4.2.5 Ecouvillon.
4.3 Réactifs
4.3.1 Mélange gazeux hélium-azote.

Le rapport de mélange en volume de l'hélium et de l'azote est de 7:3, et il est conservé dans un récipient

sous pression.
4.3.2 Azote, de pureté supérieure à 99,999 5 %.
4.3.3 Noir industriel de référence.
4.4 Préparation d’une prise d’essai

Les granules de noir de carbone peuvent ne pas être broyés. Le noir de carbone non agité et non granulé

peut être densifié si souhaité.

Préparer une prise d’essai en pesant grossièrement la masse de la prise d’essai donnée dans le Tableau 1.

Si la surface spécifique approximative de l'échantillon n'est pas connue, un essai préliminaire peut être

effectué pour déterminer la masse de la prise d'essai. La masse finale de la prise d'essai à utiliser pour

le calcul est pesée et déterminée aux 4.6.7, 5.5.2.2 et 5.5.3.5 de chaque mode opératoire.

NOTE En général, une bonne fidélité est obtenue lorsque la masse de la prise d'essai correspond à la surface

2 2
spécifique comprise entre 10 m et 20 m comme indiqué dans le Tableau 1.
Tableau 1 — Masses recommandées pour les prises d’essai
Série de noirs de carbone Surface spécifique Masse de la prise d’essai
m /g g
Classe supérieure à N100 >200 0,05
N100 120 à 150 0,08 à 0,14
N200 100 à 120 0,1 à 0,16
N300 70 à 100 0,14 à 0,20
N500 40 à 60 0,25 à 0,33
N600 25 à 40 0,4 à 0,5
N700–N900 10 à 25 1,0
4.5 Dégazage de l’échantillon

4.5.1 Pour déterminer la surface spécifique, il est nécessaire de dégazer les molécules contaminantes

adsorbées à la surface de l'échantillon avant la mesure. Connecter un tube à essais vide au support de

dégazage. Après introduction de l'azote gazeux dans le tube à essais, le tube est retiré du support et

rapidement fermé hermétiquement par un couvercle ou une vanne, et la masse en grammes (m ) est

enregistrée à 0,1 mg près.

4.5.2 Mettre la prise d’essai préparée (voir 4.4) dans la cellule d’adsorption. Faire tomber l’échantillon

qui adhère à la paroi de la cellule dans le fond à l'aide de l’écouvillon.
© ISO 2020 – Tous droits réservés 3
---------------------- Page: 8 ----------------------
ISO 4652:2020(F)

4.5.3 Le tube à essais avec l’échantillon (4.5.2) est relié au support de dégazage, et l’azote est introduit

au débit approprié (de façon à ne pas disperser l’échantillon).

4.5.4 Pendant l’introduction du gaz, chauffer l’échantillon à 300 °C ± 10 °C pendant 15 min, puis le

laisser refroidir à la température ambiante pour terminer le dégazage.
4.6 Mode opératoire de mesurage

4.6.1 Après avoir paramétré le tube à essais dégazé sur l'unité de mesure et distribué le mélange

gazeux hélium-azote (4.3.1), s'assurer que la ligne de base du détecteur de conductivité thermique est

stable. Régler la ligne de base à zéro.

4.6.2 Après avoir fait circuler le mélange gazeux hélium-azote pendant quelques minutes, le détecteur

de conductivité thermique est mis en marche.

4.6.3 Refroidir le tube à essais avec l'échantillon dans l'azote liquide du vase de Dewar.

4.6.4 La ligne de base du détecteur de conductivité thermique devient stable lorsque l'adsorption est

terminée. Retirer le tube à essais de l'azote liquide et le réchauffer à température ambiante à l'aide de la

soufflerie.

Pour fonctionner efficacement, le dégazage de la prise d’essai suivante peut être effectué en parallèle

avec le processus d'adsorption et de désorption.
4.6.5 L’aire du pic de la désor
...

INTERNATIONAL ISO
STANDARD 4652
Third edition
Rubber compounding ingredients —
Carbon black — Determination of
specific surface area by nitrogen
adsorption methods — Single-point
procedures
Ingrédients de mélange du caoutchouc — Noir de carbone —
Détermination de la surface spécifique par méthodes par adsorption
d'azote — Modes opératoires à un point de mesure
PROOF/ÉPREUVE
Reference number
ISO 4652:2020(E)
ISO 2020
---------------------- Page: 1 ----------------------
ISO 4652:2020(E)
COPYRIGHT PROTECTED DOCUMENT
© ISO 2020

All rights reserved. Unless otherwise specified, or required in the context of its implementation, no part of this publication may

be reproduced or utilized otherwise in any form or by any means, electronic or mechanical, including photocopying, or posting

on the internet or an intranet, without prior written permission. Permission can be requested from either ISO at the address

below or ISO’s member body in the country of the requester.
ISO copyright office
CP 401 • Ch. de Blandonnet 8
CH-1214 Vernier, Geneva
Phone: +41 22 749 01 11
Fax: +41 22 749 09 47
Email: copyright@iso.org
Website: www.iso.org
Published in Switzerland
ii PROOF/ÉPREUVE © ISO 2020 – All rights reserved
---------------------- Page: 2 ----------------------
ISO 4652:2020(E)
Contents Page

Foreword ........................................................................................................................................................................................................................................iv

Introduction ..................................................................................................................................................................................................................................v

1 Scope ................................................................................................................................................................................................................................. 1

2 Normative references ...................................................................................................................................................................................... 1

3 Terms and definitions ..................................................................................................................................................................................... 1

4 Method A: Automatic gas chromatography (carrier gas method) .....................................................................1

4.1 Principle ........................................................................................................................................................................................................ 1

4.2 Apparatus .................................................................................................................................................................................................... 2

4.3 Reagents........................................................................................................................................................................................................ 3

4.4 Preparation of the sample portion ......................................................................................................................................... 3

4.5 Degassing of sample ........................................................................................................................................................................... 3

4.6 Measurement procedure ................................................................................................................................................................ 4

4.7 Validation ..................................................................................................................................................................................................... 4

4.8 Expression of results .......................................................................................................................................................................... 5

4.8.1 Results without correction ...................................................................................................................................... 5

4.8.2 Results with correction .............................................................................................................................................. 5

4.9 Correction by the multipoint nitrogen surface area (optional) .................................................................... 6

4.10 Test report ................................................................................................................................................................................................... 6

5 Method B: Automatic volumetric method .................................................................................................................................. 6

5.1 Principle ........................................................................................................................................................................................................ 6

5.2 Apparatus .................................................................................................................................................................................................... 6

5.3 Reagents........................................................................................................................................................................................................ 8

5.4 Preparation of automatic volumetric adsorption measurement apparatus ...................................... 8

5.5 Degassing of sample ........................................................................................................................................................................... 9

5.5.1 General...................................................................................................................................................................................... 9

5.5.2 Vacuum suction method ............................................................................................................................................ 9

5.5.3 Purge gas flow method ............................................................................................................................................... 9

5.6 Measurement procedure .............................................................................................................................................................10

5.7 Validation with SRB .........................................................................................................................................................................10

5.8 Expression of results .......................................................................................................................................................................10

5.9 Correction by the multipoint nitrogen surface area (optional) .................................................................10

5.10 Precision ....................................................................................................................................................................................................10

5.11 Test report ................................................................................................................................................................................................10

Annex A (informative) Correction by the multipoint nitrogen surface area ............................................................12

Annex B (informative) Precision ............................................................................................................................................................................13

Bibliography .............................................................................................................................................................................................................................15

© ISO 2020 – All rights reserved PROOF/ÉPREUVE iii
---------------------- Page: 3 ----------------------
ISO 4652:2020(E)
Foreword

ISO (the International Organization for Standardization) is a worldwide federation of national standards

bodies (ISO member bodies). The work of preparing International Standards is normally carried out

through ISO technical committees. Each member body interested in a subject for which a technical

committee has been established has the right to be represented on that committee. International

organizations, governmental and non-governmental, in liaison with ISO, also take part in the work.

ISO collaborates closely with the International Electrotechnical Commission (IEC) on all matters of

electrotechnical standardization.

The procedures used to develop this document and those intended for its further maintenance are

described in the ISO/IEC Directives, Part 1. In particular, the different approval criteria needed for the

different types of ISO documents should be noted. This document was drafted in accordance with the

editorial rules of the ISO/IEC Directives, Part 2 (see www .iso .org/ directives).

Attention is drawn to the possibility that some of the elements of this document may be the subject of

patent rights. ISO shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights. Details of

any patent rights identified during the development of the document will be in the Introduction and/or

on the ISO list of patent declarations received (see www .iso .org/ patents).

Any trade name used in this document is information given for the convenience of users and does not

constitute an endorsement.

For an explanation of the voluntary nature of standards, the meaning of ISO specific terms and

expressions related to conformity assessment, as well as information about ISO's adherence to the

World Trade Organization (WTO) principles in the Technical Barriers to Trade (TBT), see www .iso .org/

iso/ foreword .html.

This document was prepared by Technical Committee ISO/TC 45, Rubber and rubber products,

Subcommittee SC 3, Raw materials (including latex) for use in the rubber industry.

This third edition cancels and replaces the second edition (ISO 4652:2012), which has been technically

revised. The main changes compared to the previous edition are as follows:

— the former method A has been updated as an automatic volumetric method (method B);

— the former method B has been removed;

— the former methods C and D have been updated as an automatic gas chromatography method

(method A);
— 4.4 has been clarified;
— Annex B on precision data has been added.

Any feedback or questions on this document should be directed to the user’s national standards body. A

complete listing of these bodies can be found at www .iso .org/ members .html.
iv PROOF/ÉPREUVE © ISO 2020 – All rights reserved
---------------------- Page: 4 ----------------------
ISO 4652:2020(E)
Introduction

The specific surface area of carbon black is an important element which categorizes the type of carbon

black. In this document, nitrogen adsorption at the relative pressure of 0,3 is measured to determine

the specific surface area (the single-point method). The single-point method can be a reasonable

alternative for process management and shipping management after testing with the multi-point

method in ISO 18852, because the measurement time is shorter and relative magnitude of the specific

surface area among the samples is kept.

The multi-point method determines specific surface area on the basis of monolayer amount of nitrogen

adsorbed (V ) which is derived by Formula (1):
VM=+1 B (1)
where
M is the slope of the BET plot (see ISO 9277);
B is the intercept of the BET plot (see ISO 9277),

The single-point method simplifies this technique by assuming the intercept (B) as zero and calculating

the slope (M) with the straight line joining the origin and the point at the relative pressure of 0,3.

Therefore, the monolayer amount and specific surface area determined by the single-point method is

always lower than those determined by the multi-point method.

Although most of the operation is done automatically, the operator should be familiar with the operation

and follow the instruction manual.
© ISO 2020 – All rights reserved PROOF/ÉPREUVE v
---------------------- Page: 5 ----------------------
INTERNATIONAL STANDARD ISO 4652:2020(E)
Rubber compounding ingredients — Carbon black
— Determination of specific surface area by nitrogen
adsorption methods — Single-point procedures

WARNING — Persons using this document should be familiar with normal laboratory practice.

This document does not purport to address all of the safety problems, if any, associated with its

use. It is the responsibility of the user to establish appropriate safety and health practices.

1 Scope

This document specifies two methods for the determination of the specific surface area of types and

grades of carbon black for use in the rubber industry:
— method A: automatic gas chromatography method (carrier gas method);
— method B: automatic volumetric method.

Somewhat different results might be obtained from the two methods. The degassing procedure differs

between method A and method B, and it is important to investigate the possibility of correcting the

results by using standard reference blacks.

The results might also differ from those obtained using the multipoint method specified in ISO 18852,

which is the preferred method.
These methods are not applicable to porous carbon blacks.
2 Normative references
There are no normative references in this document.
3 Terms and definitions
No terms and definitions are listed in this document.

ISO and IEC maintain terminological databases for use in standardization at the following addresses:

— IEC Electropedia: available at http:// www .electropedia .org/
— ISO Online browsing platform: available at https:// www .iso .org/ obp
4 Method A: Automatic gas chromatography (carrier gas method)
4.1 Principle

The mixed gas of helium and nitrogen (volume fraction 70 % and 30 %, respectively) is dosed to the

degassed sample at the temperature of liquid nitrogen. The nitrogen in the mixed gas is adsorbed on

the surface of a test portion of carbon black, so that the composition of the gas changes. The nitrogen

is then desorbed by warming the test portion and the ratio of the mixed gas changes again. Since the

thermal conductivity varies depending on the mixed gas concentration, it is possible to determine the

amount of absorbed nitrogen gas using the thermal conductivity detector (TCD) of the system. Almost

all the operations are automatically performed.
© ISO 2020 – All rights reserved PROOF/ÉPREUVE 1
---------------------- Page: 6 ----------------------
ISO 4652:2020(E)
4.2 Apparatus

4.2.1 Automatic gas chromatography specific surface area measurement system, incorporating a

thermal conductivity detector as well as the following devices.

— Dewar flask, for liquid nitrogen, of a size to contain the liquid nitrogen and capable to keep the

adsorption cell cooled for a predetermined time.

WARNING — Use caution. Gloves and safety glasses should be worn as the temperature of the

liquid nitrogen is −196 °C.

— Heating device, capable of maintaining the temperature of 300 °C ± 10 °C, for degassing the test

portion.
— Air blower.
An example is shown in Figure 1.
Key
1 buffer 8 Dewar flask
2 thermal conductivity detector 9 air blower
3 flowmeter 10 connector
4 heating device 11 calibration loop
5 pressure gauge 12 mixed gas cylinder
6 adsorption cell (sample tube) 13 nitrogen cylinder
7 sample 14 degassing holder for the test portion
Figure 1 — Apparatus of automatic gas chromatography

4.2.2 Sample tubes, U-tube type, made of heat-resistant glass, of a size to fit the automatic gas

chromatography specific surface area measurement system used.

4.2.3 Pressure regulators, for helium-nitrogen mixed gas (4.3.1) and nitrogen gas (4.3.2).

4.2.4 Analytical balance, accurate to 0,1 mg.
2 PROOF/ÉPREUVE © ISO 2020 – All rights reserved
---------------------- Page: 7 ----------------------
ISO 4652:2020(E)
4.2.5 Pipe cleaner.
4.3 Reagents
4.3.1 Helium-nitrogen mixed gas.

The volume mixing ratio of helium and nitrogen is 7:3, and it is kept in a pressure vessel.

4.3.2 Nitrogen gas, of purity greater than 99,999 5 %.
4.3.3 Standard reference black.
4.4 Preparation of the sample portion

Pellets of carbon black may not be crushed. Unagitated, unpelletized carbon black may be densified if

desired.

Prepare a test portion by roughly weighing the mass of test portion given in Table 1. If the approximate

specific surface area of the sample is not known, preliminary test may be carried out to determine the

mass of the test portion. The final mass of the test portion to be used for the calculation is weighed and

determined in 4.6.7, 5.5.2.2 and 5.5.3.5 of each procedure.

NOTE Generally a good precision is obtained when the mass of the test portion corresponds to the specific

2 2
surface area between 10 m and 20 m as given in Table 1.
Table 1 — Recommended test portion masses
Carbon black series Specific surface area Mass of test portion
m /g g
Higher grade than N100 >200 0,05
N100 120 to 150 0,08 to 0,14
N200 100 to 120 0,1 to 0,16
N300 70 to 100 0,14 to 0,20
N500 40 to 60 0,25 to 0,33
N600 25 to 40 0,4 to 0,5
N700–N900 10 to 25 1,0
4.5 Degassing of sample

4.5.1 To determine the specific surface area, it is necessary to degas the contaminating molecules

adsorbed on the sample surface before measurement. Connect an empty sample tube to the degassing

holder. After the nitrogen gas is introduced into the sample tube, the tube is removed from the holder

and promptly sealed with a lid or valve, and the mass in grams (m ) is recorded to the nearest 0,1 mg.

4.5.2 Put the prepared test portion (see 4.4) in the adsorption cell. Drop the specimen clinging on the

tube wall into the bottom with the pipe cleaner.

4.5.3 The sample tube with the sample (4.5.2) is connected to the degassing holder, and the nitrogen

gas of the appropriate flow rate (which does not scatter the sample) is introduced.

4.5.4 While introducing the gas, heat the sample at 300 °C ± 10 °C by the heater for 15 min, then allow

it to cool to the room temperature to terminate the degassing process.
© ISO 2020 – All rights reserved PROOF/ÉPREUVE 3
---------------------- Page: 8 ----------------------
ISO 4652:2020(E)
4.6 Measurement procedure

4.6.1 After setting the degassed sample tube to the measurement unit and distributing helium-

nitrogen mixture gas (4.3.1), ensure that the baseline of the thermal conductivity detector is stable. Set

the baseline to zero.

4.6.2 After circulating helium-nitrogen mixture gas for a few minutes, the thermal conductivity

detector is turned on.

4.6.3 Cool the sample tube with the sample in the liquid nitrogen in the Dewar flask.

4.6.4 The baseline of the thermal conductivity detector becomes stable when the adsorption has been

completed. Remove the sample tube out of the liquid nitrogen and warm it with the air blower to the

room temperature.

To operate efficiently, degassing of the next sample portion may be done in parallel with the adsorption

and desorption process.

4.6.5 The peak area of the desorption is stored in the device or in the control computer.

4.6.6 Calibrate the thermal conductivity detector for the next portion.
...

Questions, Comments and Discussion

Ask us and Technical Secretary will try to provide an answer. You can facilitate discussion about the standard in here.