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炭黑知識全解

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炭黑知識全解

發布日期:2019-07-11 作者: 點擊:

什麽是炭黑?

  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,以聚集體情势存在,表觀呈純玄色粉狀大概粒狀。産品的粒徑、結構和表面活性根據质料、制作方法和生産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、灰份和水分。1541672386836797.jpg


炭黑的曆史是什麽?


  炭黑的曆史由來已久,中國是天下上最早發現並生産炭黑的國家,距今已有三千多年的曆史。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産技術。從20世紀50年代初,先後成功研發了槽法炭黑、滾筒法炭黑、混氣炭黑和氣爐法炭黑,炭黑的生産技術越來越成熟,比年來更是得到了飛躍的發展。


  我國现代就在炭黑的提取技術上有了不小的成就,制墨工藝更是爲天下文化做出了貢獻。國外炭黑的制作,是由我國傳入日本、東方各國,然後傳到希臘、羅馬,最後傳入歐洲的。我國的炭黑産量一直居于天下先進水平,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,增长了炭黑的品種,在質量和環保問題上都取得了突破。


  随着各种技术的不断完善,目前的炭黑品种主要有导电炭黑、橡膠炭黑、色素炭黑、乙炔炭黑、喷雾炭黑、水泥砂浆炭黑、热裂解炭黑、半补强炭黑以及特種炭黑,这些炭黑的特性各不相同,所应用到的领域也不同。


  炭黑的作用有哪些?


  主要用作橡膠的補強劑和填料,其消耗量約爲橡膠消耗量的一半,橡膠用炭黑占炭黑總量的94%,其中約60%用于輪胎制作。此外,也用作油墨、塗料和塑料的著色劑以及塑料制品的紫外光屏障劑。許多其他制品,如電極、幹電池、電阻器、炸藥、化妝品及抛光膏中,也是主要的助劑。


  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加添作用以改善橡膠制品的性能。


炭黑的性能指標有哪些?


1. 粒径

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. 着色力

又稱著色強度。是將白色或彩色顔料和炭黑混淆時,炭黑的著色能力。也就是炭黑使混淆物系光吸取作用提高的程度。它通常是用百分數的情势來表現,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. 比表面积 

炭黑比表面积是指单位质量或单位体积内炭黑粒子表面积的总和,单位为m2/g 。比表面积与粒径一样是炭黑的基本性能之一。一般来讲,表面相对较光滑的炭黑(如橡胶用炭黑)比表面积与粒径恰好成反比,即粒径越小比表面积越大,反之亦然。以是,如把炭黑粒子假定为球形,可由粒径的数据计算比表面积。 

炭黑的比表面積分爲外比表面積(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吸取值 

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


5. PH值 

pH值和表面官能团数量有关。炉法炭黑表面官能团少,并存在少量的可溶性盐,因此炭黑本身多呈中性或碱性。为了改善炭黑的粘性,稳定性以及流动性, 有些色素炭黑可通过表面处理来改变表面官能团数量,从而呈酸性。


  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。 


     什麽是炭黑的體積密度?


  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。因为存在封閉空氣,炭黑的體積密度低于炭黑的真密度(比重)。


  什麽是炭黑的保質期?


  儲存于環境條件下時,炭黑不易受分解的影響,其保質期不受限定。隨著時間推移,炭黑會吸取濕氣,直至達到一個均衡值。如果濕氣影響很主要,則應將炭黑儲存于幹燥環境下,並盡可能密封。


  什麽使炭黑具有導電性?


  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,並具有相對較低的電阻(即,它是一種半導體)。


  什麽是乙炔炭黑?


  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。它是所有炭黑中最靠近石墨的,通常用于提供導電性。


  什麽是炭黑的熱導率?


  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,炭黑提高了橡膠産品的熱導率。


  什麽是炭黑聚集體的粒徑?


  炭黑聚个人的粒径取决于炭黑的等级,每个等级的炭黑具有其自身的平均聚个人粒径。平均聚个人粒径通常在 0.01 到 1.0 微米的范围内。


  什麽是著色強度?


  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爲依據。其用于度量炭黑低落反射光數量的能力。通過減小初次顆粒的粒度可以獲得更高的著色強度。


  什麽是表面氧化的炭黑?


  某些牌號的炭黑經過了後處理(化學氧化),以增长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,並低落了産品的粘度。


  體積密度爲何主要?


  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爲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,從而産生不同程度的簇。允許顆粒聚集形成相對大且複雜的聚集體的炭黑等級被稱爲高結構等級。聚集範圍最小化的等級被稱爲低結構等級。


  初次顆粒:什麽是炭黑初次顆粒?


  制作過程中形成的最初微粒稱爲初次顆粒。形成之初,這些顆粒是半固態的。這些顆粒通過反應器時,它們碰撞並熔凝在一起,形成稱爲聚集體的球團。


  制备炭黑分散液需要用多少分散劑或表面活性剂?


  在最好分散体中,分散劑连续单层吸附在炭黑聚个人的表面。因此,形成流体分散液所需的分散劑的量与所用炭黑的表面积有关。对于给定的炭黑添加量,表面积较大的炭黑将需要较多量的分散劑。


  哪些身分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。


  怎样制得炭黑?


  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並脫氫,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。反應器之後的操作包括粒化“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作技術來優化塑料級別,從而提高具體應用的性能。


  怎样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。


  怎样測量液體中炭黑分散體的狀態?


  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 或 G-3 仪表。但是,这些范例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。更好地测量分散体质量的方法是通过显示色彩和/或光泽度。比方,仪器的光泽度读数能记录分散时间,以确定炭黑在最终产品中已分散至其最大程度的时间点。


  怎樣測量炭黑的結構?


  炭黑的结构通过油吸取历程测量,此历程称为邻苯二甲酸二丁酯吸取(DBPA 或 DBP)。因此,高结构等级炭黑通过其较高的油吸取而与低结构等级炭黑区分开来。


  炭黑爲什麽具有這麽多種級別?


  炭黑的性質(比方顔色、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。炭黑會吸取濕氣嗎?


  炭黑会吸取(吸附)湿气直至达到平衡吸取值。该值通常以重量% 表示,因此会根据表面积及表面化学的不同而在炭黑牌号上有所变化。


  炭黑具有多孔性嗎?


  传统的炉法炭黑含有极少的气孔。此外,存在的任何气孔通常都被限定在微孔范围内(<2 纳米)。可通过氮吸附等温线分析,将此类气孔量化为总微孔体积。


  炭黑在什麽環境下會分解?


  通常,在氛围或氧气中,炭黑在 450 摄氏度至 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。炭黑的灰分测试通常在 550 摄氏度下进行。


  炭黑在電化學應用中的作用是什麽?


  因为炭黑具有導電性,並且電阻相對較低,以是可用于多種氧化還原設備(比方電池)中所使用的電極組件。


  炭黑怎样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,從而低落電阻率。炭黑級別的開發是爲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。


  炭黑怎样幫助形成最終産品的遮蓋力?


  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取可見光光譜輻射的能力。這種極好的吸取能力可極大地減少透射光和反射光。


  炭黑怎样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取能力和反向散射服从。反向散射服从是指,顆粒將入射光重新導向至别的吸取性顆粒或將入射光沿其方向返回的能力。


  炭黑有什麽樣的物理形態?


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


  炭黑的 ASTM 等级?


  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,並且針對具體應用進行了優化。


  炭黑的 CAS 编号是多少?


  炭黑的 CAS 编号为 [1333-86-4]。


  炭黑的 pH 值是什么?


  炭黑的 pH 值是指表面存在的化学吸附氧的数量。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。为了增强特定的性子,已对数种牌号炭黑进行了表面氧化,以增长化学吸附氧基团的存在数量。因此这些产品具有酸性 pH 值(2 至 4)。


  炭黑的可分散性是什麽意思?


  炭黑的可分散性通常指其易分散性或難分散性。通常,這是針對標准炭黑級別的相對度量。隨著炭黑級別的表面積低落和/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(比方顔色)將隨著表面積和結構的這些改變而不同。


  炭黑的可溶性怎样?

  炭黑不溶于水和溶劑。

  炭黑品種介紹


  炭黑按用途分類


  按照用途可把其分爲兩類:橡膠用炭黑、色素炭黑


  色素炭黑


  色素炭黑在油墨、油漆、塗料制品等制品中作著色用。色素炭黑的黑度其實就是炭黑的反射率。經常以反射率測定出的數據來表示。黑度越高,反射率越低。黑度在很大水平上也能反映出炭黑的原始粒徑,一般,炭黑黑度越高,粒徑越小。炭黑的揮發份,說明炭黑外表含氧集團的數量,反映了炭黑的外表物理性能、電化學性能和應用性能。炭黑的結構,炭黑微粒子聚集體形成的鏈枝程度的表征值,表示了碳黑內部的空隙水平,通常以吸油值來表示。


  因此炭黑分散的好壞會直接影響到炭黑的黑度、色相和遮蓋能力,直接影響到色素炭黑的使用结果。


  1、色素用炭黑的分類


  國際上根據炭黑的著色能力,通常分爲三類,即高色素炭黑、中色素炭黑和低色素炭黑。這個分類系統常用三個英笔墨母表示。前兩個字母表示著色能力,後一個表示生産方法


  比方:高色素槽黑:HCC(high color channel)


  高色素炉黑 HCF(high color furnace)


  给类色色素分类主要根据粒径和黑度进行分类。高色素槽黑(10-14nm),中色素槽黑(15-27 nm)、中色素炉黑(17-27 nm)、低色素炉黑(28-70 nm)


  2、橡膠用炭黑的分類


  命名系統是把炭黑膠料的硫化速率和結構等身分考慮進去的,由4個系統構成。第一個字母代表英笔墨母代表膠料的硫化速率。N代表正常(normal)硫化速率,S代表緩慢(slow)硫化速率。後面3個字母第一字母代表炭黑氮表面積範圍。第二個和第三個數字是反應不同的結構程度。


  橡膠用炭黑的分類及用途:


  命名系統是把炭黑膠料的硫化速率和結構等身分考慮進去的,由4個系統構成。第一個字母代表英笔墨母代表膠料的硫化速率。N代表正常(normal)硫化速率,S代表緩慢(slow)硫化速率。後面3個字母第一字母代表炭黑氮表面積範圍。第二個和第三個數字是反應不同的結構程度。(这些都是由国家标准的)


  N220適用于各種橡膠,耐磨性比N330高10%-20%,能賦予膠粒膠高的拉伸強度和抗撕裂強度,並有一定的導電性。主要用于載重胎、乘用胎的胎面膠,及需要高強度、高耐磨的橡膠制品1540801271409761.jpg


  N550適用于天然橡膠和各種分解橡膠,易分散,能賦予膠料較高的挺性,壓出速率快,口型膨脹小,壓出表面光滑。硫化膠的高溫性能及導熱性能良好,補強性能、彈性和複原性亦較佳。主要用于輪胎簾布膠、胎側、內胎及壓出、壓延制品膠料中。


  N660本品適用于各種橡膠,與半補強碳黑相比,具有較高的結構,粒子較細,在膠料中易分散,硫化膠的拉伸強度、抗撕裂強度和定伸應力較高,而變形小,生熱低,彈性和耐屈擾性能良好。主要用于胎輪簾膠布、內胎、自行車、膠管、膠帶、電纜、鞋類及壓延制品、模型制品等。


  N774適用于各種橡膠,本品是除熱裂法炭黑之外的粒徑最大(産品粒徑爲80-170nm)、結構最低的炭黑品種,多用于輪胎胎體的緩沖層和簾布層膠料、膠管、壓出制品、各種工業橡膠制品,以及電線、電纜等本品在膠料中可以大批加添,其硫化膠伸長率高、生熱低、彈性高、耐老化性能良好。本品亦可代替熱裂法炭黑使用。

  熱裂解法炭黑:


  橡膠炭黑N990系列炭黑则采用天然气为质料,在隔绝氛围的条件下无火焰燃烧,裂解天生,称热裂解法炭黑,碳黑N990其基本性能与炉法炭黑有较大区分。碳黑N990优点主要表现在:1、粒子尺寸和分布,平均粒子尺寸为280nm,氮表面积7-11平方米/克,吸磺值为10克/公斤,CTAB法表面积为9平方米/克;二、粒子聚集度很小或说结构很低,显示为许多单独的球形炭黑粒子,基他部分由为数未几的熔接粒子组成,对比别的品种炭黑,团体聚集度很低。


  物化性質:N330是應用最爲廣泛的高耐磨碳黑,本品的耐磨性能不如N220,但比槽法碳黑好。


  用途:本品主要用于輪胎胎面,簾布膠,胎側及各種橡膠制品。


  用法和作用:本品是一種補強性能良好的碳黑,能賦予膠料較好的強伸性能,抗撕裂性能,耐磨性和彈性。使用本品的乘用胎的滾動損失在N300系列中僅大于N351,比其他都小,在膠料在中分散和壓出性能亦好,適用于各種分解橡膠和天然橡膠。


  N330

  本品俗名高耐磨爐黑


  物化性質:N330是應用最爲廣泛的高耐磨碳黑,本品的耐磨性能不如N220,但比槽法碳黑好。


  用途:本品主要用于輪胎胎面,簾布膠,胎側及各種橡膠制品。


  用法和作用:本品是一種補強性能良好的碳黑,能賦予膠料較好的強伸性能,抗撕裂性能,耐磨性和彈性。使用本品的乘用胎的滾動損失在N300系列中僅大于N351,比其他都小,在膠料在中分散和壓出性能亦好,適用于各種分解橡膠和天然橡膠。


  N3391540358124697630.png

  本品俗名新工藝高結構高耐磨爐黑。


  該品種與N330相比,其結構較高,粒子較細,膠料的耐磨性能和抗裂口增長性能均優于老工藝的高結構高耐磨爐黑。


  本品用于乘用車胎,卡車胎胎面,輸送帶覆蓋膠,膠管及请求耐磨性能高的橡膠工業制品。


  本品在胎面膠料中的補強性能,耐磨性能及抗裂口增長性能均高于N220炭黑,壓出性能也好,特別適用于丁苯橡膠、順丁橡膠並用體系,但用本品生産胎面膠料,其滾動阻力在N330系列炭黑中式最高的


  N220適用于各種橡膠,耐磨性比N330高10%-20%,能賦予膠粒膠高的拉伸強度和抗撕裂強度,並有一定的導電性。主要用于載重胎、乘用胎的胎面膠,及需要高強度、高耐磨的橡膠制品。


  N234耐磨性比N220約高10%,在高刻薄度下使用,更能顯示出良好的耐磨性能。主要用于高速輪胎面膠和高質量的橡膠制品。


  N326在天然橡膠中具有較高的拉伸強度、抗撕裂強度、耐磨性及抗蹦裂性能。主要用于请求強度高、生熱低的輪胎(包括越野胎)胎面膠,也適用于輸送帶、密封制品及其他高質量橡膠工業制品。1540354120351252.png


  N330是一種補強性能良好的炭黑,能賦予膠粒較好的強伸性能、抗撕裂性能、耐磨性和彈性。主要用于輪胎胎面、簾布膠、胎側及各種橡膠工業制品。


  N339在胎面膠料中的補強性能、耐磨性能及抗裂口增長性能近于N220炭黑,特別適用于丁苯橡膠與順丁膠並用體系。主要用于乘用胎、卡車胎胎面膠,輸送帶、膠管及各種请求耐磨性高的橡膠工業制品。


  N375與N339性能基本相同,生熱比N339稍低。主要用于轎車胎、載重胎及越野胎胎面膠。


  N550適用于天然橡膠和各種分解橡膠,易分散,能賦予膠料較高的挺性,壓出速率快,口型膨脹小,壓出表面光滑。硫化膠的高溫性能及導熱性能良好,補強性能、彈性和複原性亦較佳。主要用于輪胎簾布膠、胎側、內胎及壓出、壓延制品膠料中。


  N539使用于本品的膠料,其壓出表面光滑,口型膨脹小。硫化膠的拉伸強度和伸長率較高,定伸應力較N550低,彈性和耐疲勞性能均較好。主要用于輪胎胎體膠料,尤其適用于以天然橡膠爲主的緩沖層膠料,亦可用于輪胎基部膠料、膠帶覆蓋和别的橡膠制品及電線、電纜護套料中。


  N660本品適用于各種橡膠,與半補強碳黑相比,具有較高的結構,粒子較細,在膠料中易分散,硫化膠的拉伸強度、抗撕裂強度和定伸應力較高,而變形小,生熱低,彈性和耐屈擾性能良好。主要用于胎輪簾膠布、內胎、自行車、膠管、膠帶、電纜、鞋類及壓延制品、模型制品等。


  N990本品的物化性質與相似,只是氮吸附比表面積稍低。吸取值稍高,爲造粒産品,其甲苯抽出物小于。本品也有超純級産品。本品主要用作橡膠塑料的加添劑,也可用于冶金行業作爲碳化鎢産品的质料或耐高溫的絕熱材料,還原劑等。在膠料中大批配合本品,並不影響膠料的粘合性,當配合量達到份時,可得到皮革樣的橡膠制品。使用本品的膠料加工容易,不影響硫化。硫化膠的硬度小,生熱低,變形小,耐曲撓,耐老化性能好。


  炭黑(N220)


  産品特點:N220耐磨性及抗裂性高,耐磨性比N330高10%-20%,能賦予膠粒較高的拉伸強度和抗撕裂強度,並有一定的導電性補強型炭黑,用于輪胎胎面,高質量工業橡膠制品及高負...


  炭黑(N330)1540357502527067.png


  N330 补强性能良好的炭黑,能赋予胶粒较好的强伸性能、抗撕裂性能、耐磨性和弹性轮胎带束层,胎侧,实心轮胎,滚筒外层,胶管表层,工业橡胶制品,轿车胎胎面。黑度比


  炭黑(N234)1540353780842615.png


  産品用途:用于輪胎胎面、表面補胎條、汽車橡膠件、傳送帶、傳送墊等,用此炭黑的硫化膠顯示出優良的強伸和耐磨性能。


  熱裂解炭黑是所有炭黑品種中粒徑最大的品種,(N990:200-500nm,N880:100-200nm),較早些時候,熱裂解炭黑用于汽車零配件的加添料使用,那時候熱裂解炭黑的用途比較窄,價格也較爲便宜。後來發現熱裂解炭黑具有加添量高,膠料的彈性好,永久不變形性能優越而被大批使用與汽車、機床等橡膠制品中,價格也隨著需求的增长和天然氣價格的提高而提高,直到現在的一萬多一噸。因为價格上漲,下遊廠家多以天然氣半補強和噴霧炭黑代替,熱裂解炭黑的需求有所下降,但在個別行業中,熱裂解炭黑以其良好的使用性能任然在使用。 


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