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炭黑

簡介   

炭黑

什么是炭黑?   炭黑(也稱碳黑)是由烴類化合物(液態或氣態)經過不完全燃燒或熱裂解形成的近似于球體的膠體粒子,以聚集體形式存在,表觀呈純黑色粉狀或者粒狀。產品的粒徑、結構和表面活性根據原料、制造方法和生產工藝的不同而有很大差異。炭黑的主要成分是碳,同時包含微量氫、氧、灰份和水份。   ...查看詳情>>

炭黑

簡介   

炭黑

什么是炭黑?
 

炭黑(也稱碳黑)是由烴類化合物(液態或氣態)經過不完全燃燒或熱裂解形成的近似于球體的膠體粒子,以聚集體形式存在,表觀呈純黑色粉狀或者粒狀。產品的粒徑、結構和表面活性根據原料、制造方法和生產工藝的不同而有很大差異。炭黑的主要成分是碳,同時包含微量氫、氧、灰份和水份。

 

炭黑的歷史是什么?

 

炭黑的歷史由來已久,中國是世界上最早發現并生產炭黑的國家,距今已有三千多年的歷史。最開始炭黑這種物質只用于制墨。隨著工業的快速發展,炭黑也被應用到其他的領域當中,同時也在不斷改善炭黑的生產技術。從20世紀50年代初,先后成功研發了槽法炭黑、滾筒法炭黑、混氣炭黑和氣爐法炭黑,炭黑的生產技術越來越成熟,近年來更是得到了飛躍的發展。

 

我國古代就在炭黑的提取技術上有了不小的成就,制墨工藝更是為世界文化做出了貢獻。國外炭黑的制造,是由我國傳入日本、東方各國,然后傳到希臘、羅馬,最后傳入歐洲的。我國的炭黑產量一直居于世界先進水平,基本滿足了各個行業的需求,還出口日本、韓國、東南亞等國。我們更是吸取國外的先進技術,增加了炭黑的品種,在質量和環保問題上都取得了突破。

 

隨著各種技術的不斷完善,目前的炭黑品種主要有導電炭黑、橡膠炭黑、色素炭黑、乙炔炭黑、噴霧炭黑、水泥砂漿炭黑、熱裂解炭黑、半補強炭黑以及特種炭黑,這些炭黑的特性各不相同,所應用到的領域也不同。

 

炭黑的作用有哪些?

 

主要用作橡膠的補強劑和填料,其消耗量約為橡膠消耗量的一半,橡膠用炭黑占炭黑總量的94%,其中約60%用于輪胎制造。此外,也用作油墨、涂料和塑料的著色劑以及塑料制品的紫外光屏蔽劑。許多其他制品,如電極、干電池、電阻器、炸藥、化妝品及拋光膏中,也是重要的助劑。

 

橡膠用炭黑如輪胎行業,橡膠密封件,減震件等等,橡膠制品中配合一定量的炭黑可以起到補強和填充作用以改善橡膠制品的性能。

 

炭黑的性能指標有哪些?

 

1. 粒徑

炭黑的粒徑是表示碳黑原生粒徑,它是通過電子顯微鏡測試的,是一定顆數粒徑的平均值。

 

2. 著色力

又稱著色強度。是將白色或彩色顏料和炭黑混合時,炭黑的著色能力。也就是炭黑使混合物系光吸收作用提高的程度。它通常是用百分數的形式來表現,可以通過使用黑度反射儀測量炭黑沖淡色漿得出的數據來衡量。

 

3. 比表面積

炭黑比表面積是指單位質量或單位體積內炭黑粒子表面積的總和,單位為m2/g 。比表面積與粒徑一樣是炭黑的基本性能之一。一般來說,表面相對較光滑的炭黑(如橡膠用炭黑)比表面積與粒徑正好成反比,即粒徑越小比表面積越大,反之亦然。所以,如把炭黑粒子假定為球形,可由粒徑的數據計算比表面積。 
 

炭黑的比表面積分為外比表面積(或稱光滑比表面積),內比表面積(或稱孔隙內比表面積)和總比表面積。總比表面積等于外比表面積和內比表面積的總和。比表面積的測定方法很多,常用的有氮吸附法(BET法),吸碘值法,CTAB法(大分子吸附法),t值法以及電子顯微鏡法等。

 

4. DBP吸收值

炭黑的結構可以用DBP(鄰苯二甲酸二丁酯)吸收值來測量。 根據經驗,低結構顏料炭黑中,每100g炭黑的DBP吸收值應不高于70ml;而高結構顏料炭黑中,每100g炭黑的DBP吸收值應不低于110ml。中結構炭黑則居于兩者之間。結構對顏料炭黑應用性有實質性的影響。

 

5. PH值 

pH值和表面官能團數量有關。爐法炭黑表面官能團少,并存在少量的可溶性鹽,因此炭黑本身多呈中性或堿性。 為了改善炭黑的粘性,穩定性以及流動性, 有些色素炭黑可通過表面處理來改變表面官能團數量,從而呈酸性。

 

6. 密度

單位體積碳黑的重量即:(克/升),是表示各種型號碳黑所占空間的大小,造粒度愈大,其表現密度也越大,反之則小,造粒度對碳黑的分散性有影響。 

 

什么是炭黑的體積密度? 

根據炭黑的結構和其物理形態,炭黑的體積密度在各種級別的炭黑中差別很大。由于存在封閉空氣,炭黑的體積密度低于炭黑的真密度(比重)。

 

什么是炭黑的保質期? 

儲存于環境條件下時,炭黑不易受分解的影響,其保質期不受限制。隨著時間推移,炭黑會吸收濕氣,直至達到一個均衡值。如果濕氣影響很重要,則應將炭黑儲存于干燥環境下,并盡可能密封。

 

什么使炭黑具有導電性? 

炭黑在很大程度上是由類石墨碳層組成。與石墨類似,炭黑顯示出導電能力,并具有相對較低的電阻(即,它是一種半導體)。

 

什么是乙炔炭黑? 

乙炔炭黑是通過乙炔的放熱分解反應制成。因此,它是非常純的炭黑。它是所有炭黑中最接近石墨的,通常用于提供導電性。

 

什么是炭黑的熱導率? 

關于炭黑熱導率的現有數據很少。關于含炭黑的橡膠化合物與不含炭黑的橡膠化合物的熱導率研究表明,炭黑提高了橡膠產品的熱導率。

 

什么是炭黑聚集體的粒徑? 

炭黑聚集體的粒徑取決于炭黑的等級,每個等級的炭黑具有其自身的平均聚集體粒徑。平均聚集體粒徑通常在 0.01 到 1.0 微米的范圍內。

 

什么是著色強度? 

著色強度以油料中的炭黑和氧化鋅組成的漿料的反射比測量為依據。其用于度量炭黑降低反射光數量的能力。通過減小初次顆粒的粒度可以獲得更高的著色強度。

 

什么是表面氧化的炭黑? 

某些牌號的炭黑經過了后處理(化學氧化),以增加其表面氧的化學吸附量。在某些最終應用中,這改進了炭黑的分散性和分散穩定性,并降低了產品的粘度。

 

體積密度為何重要? 

體積密度的值表示不同炭黑級別所占據的空間面積。

 

何謂炭黑結構?

炭黑的聚集體通過稱為初次顆粒的較小單元融合形成,形成立體支鏈結構或簇。這種融合由反應器控制,從而產生不同程度的簇。允許顆粒聚集形成相對大且復雜的聚集體的炭黑等級被稱為高結構等級。聚集范圍最小化的等級被稱為低結構等級。

 

初次顆粒:什么是炭黑初次顆粒?

制造過程中形成的最初微粒稱為初次顆粒。形成之初,這些顆粒是半固態的。這些顆粒通過反應器時,它們碰撞并熔凝在一起,形成稱為聚集體的球團。

 

制備炭黑分散液需要用多少分散劑或表面活性劑?

在最佳分散體中,分散劑連續單層吸附在炭黑聚集體的表面。因此,形成流體分散液所需的分散劑的量與所用炭黑的表面積有關。對于給定的炭黑添加量,表面積較大的炭黑將需要較多量的分散劑。


哪些因素影響漿狀油墨的光澤度?

在漿狀油墨中,光澤度取決于分散體的質量和炭黑的聚集體粒徑。聚集體越小,分散性越好,光澤度越高。

 

哪些特性影響油墨炭黑的掉色相?

初級聚集體粒徑和分散性影響掉色相。初級聚集體越小,掉色相便越低。

 

如何制得炭黑?

百分之九十五的炭黑都是通過爐法制成。將原材料(石油)注入高溫反應器中,其中碳氫化合物裂解并脫氫,從而形成碳和類石墨微觀結構。炭黑由熔凝形成支聚集體的微小初次顆粒組成。反應器之后的操作包括粒化“蓬松的”低密度炭黑,從而改善儲存和處理。使用適合于改進的分散性、清潔度及其他目標關鍵性質的特殊制造技術來優化塑料級別,從而提高具體應用的性能。

 

如何測量原生粒子的粒徑?

原生粒子的粒徑代表足夠數量的原生粒子的典型算術平均直徑,用于表征特定等級。直徑由透射電子顯微鏡測量法測得。

 

如何測量液體中炭黑分散體的狀態?

被廣泛接受的快速測量油漆中分散體質量的方法是采用赫格曼細度儀表。對于油墨,則使用 G-1、G-2 或 G-3 儀表。但是,這些類型的儀表不能測量微分散體。而微分散性很大程度上決定了炭黑的性能。更好地測量分散體質量的方法是通過顯示顏色和/或光澤度。例如,儀器的光澤度讀數能記錄分散時間,以確定炭黑在最終產品中已分散至其最大程度的時間點。

 

怎樣測量炭黑的結構?

炭黑的結構通過油吸收過程測量,此過程稱為鄰苯二甲酸二丁酯吸收(DBPA 或 DBP)。因此,高結構等級炭黑通過其較高的油吸收而與低結構等級炭黑區別開來。

 

炭黑為什么具有這么多種級別?

炭黑的性質(例如顏色、橡膠的補強度或易分散性)需進行定制,以便適合特定的應用。炭黑的性質通常可通過改變其表面積和/或結構來進行控制。 炭黑會吸收濕氣嗎?

 

炭黑會吸收(吸附)濕氣直至達到平衡吸收值。該值通常以重量% 表示,因此會根據表面積及表面化學的不同而在炭黑牌號上有所變化。

 

炭黑具有多孔性嗎?

 

傳統的爐法炭黑含有極少的氣孔。此外,存在的任何氣孔通常都被限制在微孔范圍內(<2 納米)。可通過氮吸附等溫線分析,將此類氣孔量化為總微孔體積。

 

炭黑在什么環境下會分解?

通常,在空氣或氧氣中,炭黑在 450 攝氏度至 500 攝氏度之間開始分解。在這些溫度下炭黑不會在氮氣中分解。炭黑的灰分測試通常在 550 攝氏度下進行。

 

炭黑在電化學應用中的作用是什么?

由于炭黑具有導電性,并且電阻相對較低,所以可用于多種氧化還原設備(例如電池)中所使用的電極組件。

 

炭黑如何向聚合物系統提供導電性? 

炭黑比聚合物、樹脂或橡膠更具傳導性。添加炭黑會在聚合物基體中形成導電網絡,從而降低電阻率。炭黑級別的開發是為了在符合導電應用的所有其他關鍵性能需求的同時,以更低的負荷達到優化傳導性的目的。

 

炭黑如何幫助形成最終產品的遮蓋力?

炭黑是一種優質乳濁劑,可用于多種應用。這種特性源自炭黑吸收可見光光譜輻射的能力。這種極好的吸收能力可極大地減少透射光和反射光。

 

炭黑如何起到紫外穩定劑的作用?

炭黑的紫外穩定性質源自其紫外輻射吸收能力和反向散射效率。反向散射效率是指,顆粒將入射光重新導向至其它吸收性顆粒或將入射光沿其方向返回的能力。

 

炭黑有什么樣的物理形態?

許多(盡管并非全部)等級的爐法炭黑可以是粉末態或蓬松態、珠狀或顆粒態產品,其中炭黑已經過致密化工藝處理。

 

炭黑的 ASTM 等級?

橡膠工業將分類系統用于炭黑的商品等級。人們在一流系統中針對塑料提出了炭黑的特別等級,并且針對具體應用進行了優化。

 

炭黑的 CAS 編號是多少?

炭黑的 CAS 編號為 [1333-86-4]。

 

炭黑的 pH 值是什么?

炭黑的 pH 值是指表面存在的化學吸附氧的數量。對于大多數級別,爐法炭黑上低濃度的氧化合物和數量極少的水溶性鹽可對微堿性 pH 值進行中和。為了增強特定的性質,已對數種牌號炭黑進行了表面氧化,以增加化學吸附氧基團的存在數量。因此這些產品具有酸性 pH 值(2 至 4)。

 

炭黑的可分散性是什么意思?

炭黑的可分散性通常指其易分散性或難分散性。通常,這是針對標準炭黑級別的相對度量。隨著炭黑級別的表面積降低和/或結構化的提高,炭黑的易分散性會增強。但是,應注意炭黑的其他性質(例如顏色)將隨著表面積和結構的這些改變而不同。

 

炭黑的可溶性如何?

炭黑不溶于水和溶劑。


炭黑按型號分類

主要分為N220、N330、N550、N660、N990、N110、N115、N234、N326、N339、N375、N539、N550、N880 等。

 

炭黑檢測標準:

0837/752-2007 橡膠用炭黑產品能耗限額

DBl2/046.37-2008 炭黑產品單位產量綜合能耗

GB/T 10722-2003 炭黑 總表面積和外表面積的測定氮吸附法

GB/T 12827-2008 標準參比乙炔炭黑及鑒定方法

GB/T 13021-1991 聚乙烯管材和管件炭黑含量的測定(熱失重法)

GB/T 14853.1-2002 橡膠用造粒炭黑傾注密度的測定

GB/T 14853.2-2006 橡膠用造粒炭黑 第2 部分:細粉含量和粒子磨損量的測定

GB/T 14853.4-2002 橡膠用造粒炭黑堆積強度的測定

GB/T 14853.5-2002 橡膠用造粒炭黑粒子尺寸分布的測定

GB/T 14853.6-2002 橡膠用造粒炭黑單個粒子破碎強度的測定

GB/T 15338-2012 炭黑 試驗方法精密度和偏差的確認

GB/T 15339-2008 橡膠配合劑 炭黑 在丁腈橡膠中的鑒定方法

GB/T 18251-2000 聚烯烴管材、管件和混配料中顏料或炭黑分散的測定方法

GB 28308-2012 食品安全國家標準 食品添加劑 植物炭黑

GB 29440-2012 炭黑單位產品能源消耗限額

GB/T 29612-2013 炭黑中鎘、鉛、汞含量的測定

GB/T 3515-2005 橡膠 炭黑含量的測定 熱解法

GB 3778-2011 橡膠用炭黑

GB/T 3780.1-2006 炭黑 第1 部分: 吸碘值試驗方法

GB/T 3780.10-2009 炭黑 第10 部分:灰分的測定

GB/T 3780.12-2007 炭黑第12 部分:雜質的檢查

GB/T 3780.14-2010 炭黑 第14 部分:硫含量的測定

GB/T 3780.15-2006 炭黑 第15 部分: 甲苯抽出物透光率的測定

GB/T 3780.17-2008 炭黑 第17 部分:粒徑的間接測定 反射率法

GB/T 3780.18-2007 炭黑 第18 部分:在天然橡膠(NR)中的鑒定方法

GB/T 3780.2-2007 炭黑 第2 部分:吸油值的測定

GB/T 3780.21-2006 炭黑 第21 部分:橡膠配合劑篩余物的測定 水沖洗法

GB/T 3780.4-2008 炭黑 第4 部分:壓縮試樣吸油值的測定

GB/T 3780.5-2008 炭黑 第5 部分:比表面積的測定CTAB 法

GB/T 3780.6-2007 炭黑 第6 部分:著色強度的測定

GB/T 3780.7-2006 炭黑 第7 部分: pH 值的測定

GB/T 3780.8-2008 炭黑 第8 部分:加熱減量的測定

GB/T 3781.5-2006 乙炔炭黑 第5 部分: 粗粒分的測定

GB/T 3781.6-2006 乙炔炭黑 第6 部分 視比容的測定

GB/T 3781.8-2006 乙炔炭黑 第8 部分:鹽酸吸液量的測定

GB/T 3781.9-2006 乙炔炭黑 第9 部分:電阻率的測定

GB/T 3782-2006 乙炔炭黑

GB/T 6030-2006 橡膠中炭黑和炭黑/二氧化硅分散的評估快速比較法

GB/T 7044-2003 色素炭黑

GB/T 7047-2006 色素炭黑 揮發分含量的測定

GB/T 7048-2012 色素炭黑 黑度的測定

GB/T 7052-2012 色素炭黑 流動度的測定

GB/T 7767-2003 炭黑術語

GB/T 9578-2011 工業參比炭黑4#

GB/T 9579-2006 橡膠配合劑 炭黑在丁苯橡膠中的鑒定方法

GB/T 9580-2009 標準參比炭黑的鑒定方法

GB/T 9581-2011 炭黑原料油 乙烯焦油

HG/T 2152-2011 炭黑DBP 吸收值測定儀技術條件

HG/T 2725-2007 散裝炭黑采樣標準方法

HG/T 2797.1-2007 硅鋁炭黑 第1 部分:篩余物的測定 水沖洗法


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