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      炭黑常識
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      炭黑聚集體的存在狀態


      1.平均原生粒徑
      色素炭黑的原生粒子是由許多疊合層面所組成。在很大程度上,生產工藝決定其原生粒子的粒徑大小。在爐法生產的炭黑中,因為生產工藝可調節的手段較多、自動化程度高,原生粒子粒徑的變化范圍大:從10納米到80納米。原生粒子的平均粒徑和粒徑分布從根本上決定了色素炭黑的性能,特別是其黑度和著色力。


      圖一 炭黑性能隨粒徑變化而變化的規律

       

      2.結構

      色素炭黑原生粒子并非以納米級單獨的分離狀態存在。它們通過物理作用形成聚熔體和聚集體。爐法炭黑的聚集程度可以通過工藝的變化來調整;而接觸法炭黑的聚集程度因其開放式的工藝則很難調控。炭黑原始粒子的聚集程度通常被稱為"結構"。高聚集度的炭黑被稱為高結構炭黑,而低聚集度的炭黑則被稱為低結構炭黑。


      圖二 炭黑性能隨結構變化而變化的規律

       

      3.表面活性
      炭黑主要由碳元素組成,含碳量為90%~99%左右,炭黑中也含有少量的氧、氫、氮和硫等元素。這里所說的表面活性,對于酸性炭黑是指在炭黑粒子表面生成的含氧表面基團的多少,這些酸性表面基團主要為羧基、酚羥基、 醌基、內酯基等;對于堿性炭黑是指炭黑表面的堿性氧化物,它們影響著炭黑的理化性能,如潤濕分散性,催化活性以及電化學性能。


      圖三 炭黑性能隨表面活性變化而變化的規律
       

      色素炭黑的性能

      1. 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。根據工業標準操作,色漿為炭黑和鈦白粉(或其他白色顏料如氧化鋅)及一定溶劑的混合物。(著色力的測量參照 ASTM D-3849 或 GB/T 7050-2003標準)

      2. 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??偙缺砻娣e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。

      3. DBP吸收值
      炭黑的結構可以用DBP(Dibutyl Phthlate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。(吸油值的測量參照ASTM D-2414 標準或GB/T 7046-2003)

      4. 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。(pH值的測量參照GB/T 7045)

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