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什么是炭黑？
 

炭黑（也稱碳黑）是由烴類化合物（液態(tài)或氣態(tài)）經(jīng)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(chǎn)品的粒徑、結(jié)構(gòu)和表面活性根據(jù)原料、制造方法和生產(chǎn)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(fā)現(xiàn)并生產(chǎn)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(zhì)只用于制墨。隨著工業(yè)的快速發(fā)展，炭黑也被應(yīng)用到其他的領(lǐng)域當(dāng)中，同時也在不斷改善炭黑的生產(chǎn)技術(shù)。從20世紀(jì)50年代初，先后成功研發(fā)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(chǎn)技術(shù)越來越成熟，近年來更是得到了飛躍的發(fā)展。

 

我國古代就在炭黑的提取技術(shù)上有了不小的成就，制墨工藝更是為世界文化做出了貢獻(xiàn)。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(chǎn)量一直居于世界先進(jìn)水平，基本滿足了各個行業(yè)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(jìn)技術(shù)，增加了炭黑的品種，在質(zhì)量和環(huán)保問題上都取得了突破。

 

隨著各種技術(shù)的不斷完善，目前的炭黑品種主要有導(dǎo)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(bǔ)強(qiáng)炭黑以及特種炭黑，這些炭黑的特性各不相同，所應(yīng)用到的領(lǐng)域也不同。

 

炭黑的作用有哪些？

 

主要用作橡膠的補(bǔ)強(qiáng)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(yè)，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(bǔ)強(qiáng)和填充作用以改善橡膠制品的性能。

 

炭黑的性能指標(biāo)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(shù)粒徑的平均值。

 

2. 著色力

又稱著色強(qiáng)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?jǐn)?shù)的形式來表現(xiàn)，可以通過使用黑度反射儀測量炭黑沖淡色漿得出的數(shù)據(jù)來衡量。

 

3. 比表面積

炭黑比表面積是指單位質(zhì)量或單位體積內(nèi)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(shù)據(jù)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(nèi)比表面積（或稱孔隙內(nèi)比表面積）和總比表面積。總比表面積等于外比表面積和內(nèi)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(jié)構(gòu)可以用DBP（鄰苯二甲酸二丁酯）吸收值來測量。 根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，低結(jié)構(gòu)顏料炭黑中，每100g炭黑的DBP吸收值應(yīng)不高于70ml；而高結(jié)構(gòu)顏料炭黑中，每100g炭黑的DBP吸收值應(yīng)不低于110ml。中結(jié)構(gòu)炭黑則居于兩者之間。結(jié)構(gòu)對顏料炭黑應(yīng)用性有實(shí)質(zhì)性的影響。

 

5. PH值 

pH值和表面官能團(tuán)數(shù)量有關(guān)。爐法炭黑表面官能團(tuán)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(wěn)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(tuán)數(shù)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(xiàn)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(jù)炭黑的結(jié)構(gòu)和其物理形態(tài)，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(zhì)期？ 

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

 

什么使炭黑具有導(dǎo)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(dǎo)電能力，并具有相對較低的電阻（即，它是一種半導(dǎo)體）。

 

什么是乙炔炭黑？ 

乙炔炭黑是通過乙炔的放熱分解反應(yīng)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(dǎo)電性。

 

什么是炭黑的熱導(dǎo)率？ 

關(guān)于炭黑熱導(dǎo)率的現(xiàn)有數(shù)據(jù)很少。關(guān)于含炭黑的橡膠化合物與不含炭黑的橡膠化合物的熱導(dǎo)率研究表明，炭黑提高了橡膠產(chǎn)品的熱導(dǎo)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(nèi)。

 

什么是著色強(qiáng)度？ 

著色強(qiáng)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(jù)。其用于度量炭黑降低反射光數(shù)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(qiáng)度。

 

什么是表面氧化的炭黑？ 

某些牌號的炭黑經(jīng)過了后處理（化學(xué)氧化），以增加其表面氧的化學(xué)吸附量。在某些最終應(yīng)用中，這改進(jìn)了炭黑的分散性和分散穩(wěn)定性，并降低了產(chǎn)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(jù)的空間面積。

 

何謂炭黑結(jié)構(gòu)？

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(jié)構(gòu)或簇。這種融合由反應(yīng)器控制，從而產(chǎn)生不同程度的簇。允許顆粒聚集形成相對大且復(fù)雜的聚集體的炭黑等級被稱為高結(jié)構(gòu)等級。聚集范圍最小化的等級被稱為低結(jié)構(gòu)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(tài)的。這些顆粒通過反應(yīng)器時，它們碰撞并熔凝在一起，形成稱為聚集體的球團(tuán)。

 

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(xù)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(guān)。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(zhì)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(yīng)器中，其中碳?xì)浠衔锪呀獠⒚摎洌瑥亩纬商己皖愂⒂^結(jié)構(gòu)。炭黑由熔凝形成支聚集體的微小初次顆粒組成。反應(yīng)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(jìn)的分散性、清潔度及其他目標(biāo)關(guān)鍵性質(zhì)的特殊制造技術(shù)來優(yōu)化塑料級別，從而提高具體應(yīng)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(shù)量的原生粒子的典型算術(shù)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(tài)？

被廣泛接受的快速測量油漆中分散體質(zhì)量的方法是采用赫格曼細(xì)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(zhì)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(shù)能記錄分散時間，以確定炭黑在最終產(chǎn)品中已分散至其最大程度的時間點(diǎn)。

 

怎樣測量炭黑的結(jié)構(gòu)？

炭黑的結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)等級炭黑通過其較高的油吸收而與低結(jié)構(gòu)等級炭黑區(qū)別開來。

 

炭黑為什么具有這么多種級別？

炭黑的性質(zhì)（例如顏色、橡膠的補(bǔ)強(qiáng)度或易分散性）需進(jìn)行定制，以便適合特定的應(yīng)用。炭黑的性質(zhì)通常可通過改變其表面積和/或結(jié)構(gòu)來進(jìn)行控制。 炭黑會吸收濕氣嗎？

 

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

 

炭黑具有多孔性嗎？

 

傳統(tǒng)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(nèi)（<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(huán)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?dú)庵蟹纸狻Ｌ亢诘幕曳譁y試通常在 550 攝氏度下進(jìn)行。

 

炭黑在電化學(xué)應(yīng)用中的作用是什么？

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

 

炭黑如何向聚合物系統(tǒng)提供導(dǎo)電性？ 

炭黑比聚合物、樹脂或橡膠更具傳導(dǎo)性。添加炭黑會在聚合物基體中形成導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，從而降低電阻率。炭黑級別的開發(fā)是為了在符合導(dǎo)電應(yīng)用的所有其他關(guān)鍵性能需求的同時，以更低的負(fù)荷達(dá)到優(yōu)化傳導(dǎo)性的目的。

 

炭黑如何幫助形成最終產(chǎn)品的遮蓋力？

炭黑是一種優(yōu)質(zhì)乳濁劑，可用于多種應(yīng)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(wěn)定劑的作用？

炭黑的紫外穩(wěn)定性質(zhì)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(dǎo)向至其它吸收性顆粒或?qū)⑷肷涔庋仄浞较蚍祷氐哪芰Α?/span>

 

炭黑有什么樣的物理形態(tài)？

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

 

炭黑的 ASTM 等級？

橡膠工業(yè)將分類系統(tǒng)用于炭黑的商品等級。人們在一流系統(tǒng)中針對塑料提出了炭黑的特別等級，并且針對具體應(yīng)用進(jìn)行了優(yōu)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(xué)吸附氧的數(shù)量。對于大多數(shù)級別，爐法炭黑上低濃度的氧化合物和數(shù)量極少的水溶性鹽可對微堿性 pH 值進(jìn)行中和。為了增強(qiáng)特定的性質(zhì)，已對數(shù)種牌號炭黑進(jìn)行了表面氧化，以增加化學(xué)吸附氧基團(tuán)的存在數(shù)量。因此這些產(chǎn)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(biāo)準(zhǔn)炭黑級別的相對度量。隨著炭黑級別的表面積降低和/或結(jié)構(gòu)化的提高，炭黑的易分散性會增強(qiáng)。但是，應(yīng)注意炭黑的其他性質(zhì)（例如顏色）將隨著表面積和結(jié)構(gòu)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(biāo)準(zhǔn)：

0837/752-2007 橡膠用炭黑產(chǎn)品能耗限額

DBl2/046.37-2008 炭黑產(chǎn)品單位產(chǎn)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(biāo)準(zhǔn)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(xì)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(qiáng)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(qiáng)度的測定

GB/T 15338-2012 炭黑 試驗(yàn)方法精密度和偏差的確認(rèn)

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(biāo)準(zhǔn) 食品添加劑 植物炭黑

GB 29440-2012 炭黑單位產(chǎn)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(yàn)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(zhì)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(qiáng)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(fā)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(shù)語

GB/T 9578-2011 工業(yè)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(biāo)準(zhǔn)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(shù)條件

HG/T 2725-2007 散裝炭黑采樣標(biāo)準(zhǔn)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