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炭黑的基本知识
2018.12.11   点击212次

1、什么是炭黑

炭黑的主要成分是碳,其基本粒子尺寸在10--100nm之间,因此具有优良的橡胶补强、着色、导电或抗静电以及紫外线吸收功能,是人类最早开发和应用的纳米级材料。

2、炭黑的应用领域

炭黑作为一种功能性材料,在很多领域中有着不可代替的作用。炭黑是橡胶补强填充剂,是仅次于生胶的第二位橡胶原材料。炭黑也作为着色剂、紫外线屏蔽剂、抗静电剂或导电剂,广泛应用于塑料、化纤、油墨、涂料、电子元器件、皮革化工和干电池等很多行业制品中。炭黑还可用于冶金及炭素行业内,作为高纯碳材料。

3、炭黑的制造方法

炭黑是由烃类化合物(液态或气态)经不完全燃烧或热裂解生成的,主要由碳元素组成,以近似于球体的胶体粒子及具有胶体大小的聚集体形式存在。炭黑的外观为黑色粉末。

4、炭黑的分类

炭黑按照用途可以分为两大类,即橡胶炭黑和特种炭黑。

橡胶炭黑根据补强性能可分为硬质炭黑和软质炭黑两大类。硬质炭黑对橡胶补强作用比较大,填充硬质炭黑的胶料硬度高,强伸性能和耐磨性能较好,主要用于轮胎的胎面,又叫胎面炭黑。软质炭黑硬度低,弹性好,主要用于轮胎的胎体,又叫胎体炭黑。

特种炭黑根据用途分可为油墨用炭黑、涂料用炭黑、密封胶用炭黑、色母用炭黑、建材用炭黑等。

5、炭黑的体积密度

根据炭黑的结构和物理形态,炭黑的体积密度在各种级别的炭黑中差别很大。由于存在封闭空气,炭黑的体积密度低于炭黑的真密度(比重)。炭黑聚集体的真密度(比重)约为1.8克/立方厘米(112.5磅/立方英寸)。

6、炭黑的保质期

储存于干燥密封环境条件下时,炭黑不易受分解的影响,其保质期不受限制。随着时间推移,炭黑会吸收湿气,直至达到一个均衡值。如果湿气影响很重要,则应将炭黑储存于干燥环境下,并尽可能密封。

7、粒径

炭黑粒子大小与分布是炭黑的最重要的性质之一,几乎所有的炭黑粒子都不是单独存在的,而是在炭黑炭黑生产过程中以聚集体状态存在的,聚集体是炭黑单独存在的最小单元。粒径直接影响炭黑的其他性能和使用性能。炭黑粒径大小主要通过电子显微镜法测定。

8、炭黑结构的测量方法

邻苯二甲酸二丁酯吸油值法是一种用于测量炭黑结构的测量方法。较高的吸油纸对应较高的炭黑结构。

9、比表面积

炭黑的比表面积是指单位质量或单位体积内炭黑炭黑粒子表面积的总和,单位为m2/g或103m2/kg。比表面积与粒径一样是炭黑的基本性能之一,由于其测试方法比较方便,以取代粒径成为炭黑分类的依据。对表面光滑的炭黑来说,比表面积与粒径成反比,即粒径越小比表面积越大,反之亦然。炭黑的粒子很。虼吮缺砻婊呛艽蟮。色素炭黑的比表面积在150-710m2/g之间。比表面积的测定方法比较多,常用的有氮吸附法,吸碘值法CTAB法等。吸碘值法以每克炭黑吸附碘的质量表示,单位为mg/g。

10、炭黑的结构

炭黑聚集体呈现链枝状,形状是非常复杂的。聚集体之间又相互吸引形成更大的附聚体团块,统称为炭黑的结构。炭黑结构的测定有两种方法,即吸油值法和压缩比容法。两种方法都是基于测定炭黑中的空隙容积而表征炭黑结构的高低。吸油值法是基于测定充满链枝结构的空隙及表面浸润所需要的最低邻苯二甲酸二丁酯(DBP)的量,称之为DBP吸油值。高结构的炭黑具有较发达的链枝结构,堆积时更松散,因此具有较高的吸油值,反之亦然。炭黑的吸油值与炭黑比表面积也有一定的关系,比表面积大的炭黑具有较高的吸油值,换言之只有在比表面积相同时,吸油值才能客观反应炭黑的结构性。

11、炭黑的着色强度

着色强度以油料中炭黑和氧化锌组成的浆料的反射比测量为依据,其用于测量炭黑降低反射光数量的能力。通过减小初次颗粒的粒度可以获得更高的着色力。

12、炭黑的表面性质

炭黑主要由碳元素组成,含碳量为90%--99%,也含有少量的氢,氧,氮等,这些元素主要来自炭黑的原料。

13、炭黑的导电性

炭黑是一种半导体,添加炭黑能使通常具有高电阻的材料电阻率明显降低。

14、乙炔炭黑

乙炔炭黑是通过乙炔的热裂解反应制成,是非常纯的炭黑。它是所有炭黑中最接近石墨结构的,因此导电性能比较好。

15、炭黑的热导率

关于炭黑的热导率的现有数据很少。关于含炭黑的橡胶化合物与不含炭黑的橡胶化合物热导率的数据研究表明,炭黑提高了橡胶的热导率。

16、表面氧化的炭黑

为了改善炭黑的某种性质,通过后期的氧化处理,增加炭黑表面的氧的化学吸附量,从而改进炭黑的分散性和稳定性,降低炭黑的黏度。

17、初次颗粒

炭黑制造过程中形成的最初的微粒成为初次颗粒。几乎所有的炭黑初次颗粒都不是单独存在的,而是在炭黑炭黑生产过程中以聚集体状态存在的,聚集体是炭黑单独存在的最小单元。

18、制备炭黑分散液需要用分散剂或表面活性剂

在最佳分散体系中,分散剂连续单层分散在炭黑聚集体周围,因此形成流体分散液所需要的分散剂的量与所用炭黑的表面积有关。对于给定的炭黑添加量,表面积大的炭黑所需要的分散剂较多。

19、影响浆状油墨的光泽度的因素

在浆状油墨中,光泽度的取决于分散体的质量和炭黑聚集体的粒径。聚集体越小分散性越好,光泽度越高。

20、影响油墨炭黑的掉色相的因素

初次聚集体粒径和分散性影响掉色相。初次聚集体越。羯嘣降。

21、炭黑的制造工艺

炭黑的制造工艺包括油炉法,灯烟法,喷雾法,槽法,热裂解法,滚筒法和气雾法等,目前95%以上的炭黑都是采用的油炉法。

22、测量液体中炭黑分散体的形态的方法

被广泛接受的快速测量油漆中分散体质量的方法是采用赫格曼细度仪表。对于油墨则使用G-1,G-2,G-3仪表。但是这些类型的仪表不能测量微分散体,而微分散性很大程度上决定了炭黑的性能。更好的测量炭黑分散体的方法是通过显示颜色和光泽度。例如一起的光泽度度数能记录分散时间,能确定炭黑在最终产品中分散至其最大程度的时间点。

23、炭黑的级别

炭黑的性质需要进行特别制定,以便适合特定的应用。炭黑的性质通常可以用改变其表面性质来进行控制。

24、炭黑吸收湿气

炭黑会吸收湿气直至达到平衡。该值通常会以重量%来表示,不同牌号的炭黑会有变化。

25、炭黑的多孔性

传统的炉法炭黑含有极少的气孔,此外存在的任何气孔都被限制在微孔(纳米级)范围内。可通过氮吸附等温线分析,将此类气孔量化为总微孔体积。

26、炭黑的分解

通常,在空气活氧气中,炭黑在450摄氏度到500摄氏度之间开始分解。在这些温度下炭黑不会在氮气中分解。炭黑的灰分测量通常在550摄氏度在进行。

27、炭黑在电化学应用中的应用

由于炭黑具有导电性,电阻值相对较低,所以可以用于多种氧化还原设备中所使用的电极组件。

28、炭黑像聚合物中提供导电性能的机理

炭黑比聚合物,橡胶或树脂更具有传导性。添加炭黑会在聚合物基体中形成导电网络,从而降低电阻率。炭黑级别的开发是为了符合导电应用中的所有其他关键性能的同时,以更低的负荷达到优化传导性能的作用。

29、炭黑如何帮助形成最终产品的遮盖力

炭黑是一种优质的乳浊剂,可用于多种应用。这种特性源自炭黑吸收可见光光谱辐射的能力。这种极好的吸收能力可极大的减少吸收光和投射光。

30、炭黑的物理形态

所有等级的炭黑可以使粉末状或蓬松态,珠状或颗粒状。

31、炭黑的CAS编号

1333-86-4

32、炭黑的PH值

炭黑的PH值是指炭黑表面存在的炭黑吸附氧的数量。对于大多数级别,炉法炭黑上低浓度的氧化合物和数量极少的水溶性盐可对微碱性PH值进行中和。为了增强特定的性质,对炭黑进行表面氧化,增加化学氧集团的存在数量,这些产品通常具有酸性PH值。

33、炭黑的化学式

C

34、炭黑的原生粒子

在生产中可控制炭黑的原生粒子的粒径。粒径范围可从8nm到75nm。

35、炭黑的可分散性

炭黑的可分散性通常指其易分散性或难分散性。通常是针对标准炭黑的分散性的相对度量。随着炭黑的表面积的降低/结构的增高,炭黑的分散性会增强。但是炭黑的其他性质会随着表面积和结构的改变而改变。

36、炭黑的可溶性

正常炭黑是不溶于水的,经过后处理的炭黑可溶于水。

37、炭黑的挥发物含量

挥发物含量是衡量化学吸附氧集团数量的度量单位(以失重百分比表示),这些氧基团将在炭黑加热至高温时而释放。挥发物含量的值不包括吸收的湿气。这与传统意义上的挥发物的含量并无关联,后者是指吸收有机化合物的含量的值。在加热条件下,化学吸附的氧基团可以通过转化为气体的方式被分解而消失,例如二氧化碳和水。

38、炭黑的混合

混合炭黑是分散炭黑的一个重要的步骤,它是指使用树脂或溶剂来润湿炭黑表面。本质上是指对封闭空气进行置换和对聚集体表面进行完全覆盖,以获得易于加工的分散性混合物。

39、炭黑的物理形态影响分散率的方法

可以直接使用粉状炭黑或者较致密的粒状炭黑。粒状炭黑更容易处理,并且混合速度要快于粉状炭黑。但是,粒状炭黑较难分散,这是因为致密化过程增加了附聚体的临近度,从而增加了必须在分散过程中客服的范德华力。

40、炭黑的用途

炭黑可用于橡胶中做补强,可用于油墨,油漆,涂料,密封胶,水泥建材,塑料的各行业。

41、炭黑的结构影响光泽度

由于价高的吸油量,高结构炭黑比低结构的炭黑相比,使成品光泽度的降低的程度更大。

42、炭黑的结构影响分散速率的原理

结构高的炭黑通常比比表面积相似,结构低的炭黑更容易分散。高结构炭黑中的聚集体由许多原生粒子组成,这些原生粒子组成球团,并且具有相当多的分支和链状结构,因此聚集体聚集效果较差,减弱了聚集体之间的吸引力。低结构炭黑更加紧密,允许聚集体更近,因此聚集体之间的吸引力更大,使得分散更加困难。不过虽然分散低结构的炭黑需要更多的能量,然而较高的密度使其润湿更容易,因为所排除的空气更少。

43、炭黑的表面氧化如何影响导电性

在具有相同表面积和结构的条件下,氧化后的炭黑其导电性要弱于未氧化的炭黑。由于表面在吸附含氧基团后具有较大的绝缘性,因此导电性能降低。

44、炭黑的表面积和结构性质影响产品粘度的的原理

结构是影响产品粘度的首要因素,表面积其次。在研究炭黑的结构变化产生的影响时,使用高结构炭黑取代相同表面积的低结构炭黑,会使最终产品获得较高的粘度。使用高表面积的炭黑取代具有相同结构的低表面积的炭黑,会试最终产品获得较高粘度。

45、炭黑的表面积影响分散率的原理

与具有相同结构的低表面积炭黑相比,较高表面积的炭黑更难分散,部分原因在于润湿表面积等级更高,需要的能量越高,同样随着原生粒子变。欢ㄌ寤牡ノ恢亓刻亢诤懈嗟木奂,导致聚集体之间的距离更。哟サ愀,聚集体之间的吸引力更强。

46、炭黑的颜色性质与表面积的关系

表面积较大的炭黑显得更黑,表面积较小的炭黑显得较灰。

47、炭黑结构对颜色特性的影响

与比表面积相比,炭黑的结构对颜色的影响较。歉呓峁固亢谘丈跞,又由于具有较好的分散性,因此色相要比相同表面积的地结构的炭黑更蓝。

48、炭黑表面化学性对炭黑分散速率的影响

通过后处理的炭黑,增加了表面吸附氧的含量,可以提高润湿率从而更易分散,炭黑的分散稳定性也得到提高,并且降低了产品粘度。

49、配方中使用炭黑的含量

通常,炭黑如果在塑料中用于着色,应将其提供给色母生产商,色母厂商以高负荷(根据炭黑类型,塑料树脂类型和混合设备的类型按重量计25%-50%)对炭黑进行分散。母料供应商提供给混合加工商,混合加工商将母料稀释到最终使用水平(0.5%-3%),炭黑可能难于分撒,因此在高负荷下进行共混以增强剪切力,从而对炭黑进行分散。由于分散性有利于塑料化合物的显色,表面质量,机械性质和加工处理,因此对产品质量十分重要。

50、粒度降低影响塑料化合物的性质

随着炭黑粒度的降低会产生以下性质的变化,主色调或黑度变暗,着色强度变强,母料粘度更高,炭黑分散更难。

51、选择使用粉状炭黑或粒状炭黑考虑的因素

粒状炭黑较粉状炭黑更易储存、运输和处理。由于具有较少灰尘,因此更易于清理,减少生产管理问题。粒状炭黑也不如对应的粉状炭黑贵。使用粒状的炭黑主要缺点在于,与对应的粉状炭黑相比,更难于分散。当对应的分散设备不足以分散粒状炭黑时,必须使用粉状炭黑。

本文来自:深圳市涂料技术学会
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