炭黑知识全解

　　什么是炭黑?

炭黑(也称碳黑)是由烃类化合物(液态或气态)经过不完全燃烧或热裂解形成的近似于球体的胶体粒子，以聚集体形式存在，表观呈纯黑色粉状或者粒状。产品的粒径、结构和表面活性根据原料、制造方法和生产工艺的不同而有很大差异。炭黑的主要成分是碳，同时包含微量氢、氧、灰份和水份。

　　炭黑的历史是什么?

　　炭黑的历史由来已久，中国是世界上Z早发现并生产炭黑的国家，距今已有三千多年的历史。Z开始炭黑这种物质只用于制墨。随着工业的快速发展，炭黑也被应用到其他的领域当中，同时也在不断改善炭黑的生产技术。从20世纪50年代初，先后成功研发了槽法炭黑、滚筒法炭黑、混气炭黑和气炉法炭黑，炭黑的生产技术越来越成熟，近年来更是得到了飞跃的发展。

　　我国古代就在炭黑的提取技术上有了不小的成就，制墨工艺更是为世界文化做出了贡献。国外炭黑的制造，是由我国传入日本、东方各国，然后传到希腊、罗马，Z后传入欧洲的。我国的炭黑产量一直居于世界先进水平，基本满足了各个行业的需求，还出口日本、韩国、东南亚等国。我们更是吸取国外的先进技术，增加了炭黑的品种，在质量和环保问题上都取得了突破。

　　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、橡胶炭黑、色素炭黑、乙炔炭黑、喷雾炭黑、水泥砂浆炭黑、热裂解炭黑、半补强炭黑以及特种炭黑，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?

　　主要用作橡胶的补强剂和填料，其消耗量约为橡胶消耗量的一半，橡胶用炭黑占炭黑总量的94%，其中约60%用于轮胎制造。此外，也用作油墨、涂料和塑料的着色剂以及塑料制品的紫外光屏蔽剂。许多其他制品，如电极、干电池、电阻器、炸药、化妆品及抛光膏中，也是重要的助剂。

　　橡胶用炭黑如轮胎行业，橡胶密封件，减震件等等，橡胶制品中配合一定量的炭黑可以起到补强和填充作用以改善橡胶制品的性能。

　　炭黑的性能指标有哪些?

　　1. 粒径

　　炭黑的粒径是表示碳黑原生粒径，它是通过电子显微镜测试的，是一定颗数粒径的平均值。

　　2. 着色力

　　又称着色强度。是将白色或彩色颜料和炭黑混合时，炭黑的着色能力。也就是炭黑使混合物系光吸收作用提高的程度。它通常是用百分数的形式来表现，可以通过使用黑度反射仪测量炭黑冲淡色浆得出的数据来衡量。

　　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。一般来说，表面相对较光滑的炭黑(如橡胶用炭黑)比表面积与粒径正好成反比，即粒径越小比表面积越大，反之亦然。所以，如把炭黑粒子假定为球形，可由粒径的数据计算比表面积。

　　炭黑的比表面积分为外比表面积(或称光滑比表面积)，内比表面积(或称孔隙内比表面积)和总比表面积。总比表面积等于外比表面积和内比表面积的总和。比表面积的测定方法很多，常用的有氮吸附法(BET法),吸碘值法，CTAB法(大分子吸附法)，t值法以及电子显微镜法等。

　　4. DBP吸收值

　　炭黑的结构可以用DBP(邻苯二甲酸二丁酯)吸收值来测量。根据经验，低结构颜料炭黑中，每100g炭黑的DBP吸收值应不高于70ml;而高结构颜料炭黑中，每100g炭黑的DBP吸收值应不低于110ml。中结构炭黑则居于两者之间。结构对颜料炭黑应用性有实质性的影响。

　　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

　　单位体积碳黑的重量即：(克/升)，是表示各种型号碳黑所占空间的大小，造粒度愈大，其表现密度也越大，反之则小，造粒度对碳黑的分散性有影响。

　　什么是炭黑的体积密度?

　　根据炭黑的结构和其物理形态，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)。

　　什么是炭黑的保质期?

　　储存于环境条件下时，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。

　　什么使炭黑具有导电性?

　　炭黑在很大程度上是由类石墨碳层组成。与石墨类似，炭黑显示出导电能力，并具有相对较低的电阻(即，它是一种半导体)。

　　什么是乙炔炭黑?

　　乙炔炭黑是通过乙炔的放热分解反应制成。因此，它是非常纯的炭黑。它是所有炭黑中Z接近石墨的，通常用于提供导电性。

　　什么是炭黑的热导率?

　　关于炭黑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的热导率研究表明，炭黑提高了橡胶产品的热导率。

　　什么是炭黑聚集体的粒径?

　　炭黑聚集体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集体粒径。平均聚集体粒径通常在 0.01 到 1.0 微米的范围内。

　　什么是着色强度?

　　着色强度以油料中的炭黑和氧化锌组成的浆料的反射比测量为依据。其用于度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强度。

　　什么是表面氧化的炭黑?

　　某些牌号的炭黑经过了后处理(化学氧化)，以增加其表面氧的化学吸附量。在某些Z终应用中，这改进了炭黑的分散性和分散稳定性，并降低了产品的粘度。

　　体积密度为何重要?

　　体积密度的值表示不同炭黑级别所占据的空间面积。

　　何谓炭黑结构?

　　炭黑的聚集体通过称为初次颗粒的较小单元融合形成，形成立体支链结构或簇。这种融合由反应器控制，从而产生不同程度的簇。允许颗粒聚集形成相对大且复杂的聚集体的炭黑等级被称为高结构等级。聚集范围Z小化的等级被称为低结构等级。

　　初次颗粒：什么是炭黑初次颗粒?

　　制造过程中形成的Z初微粒称为初次颗粒。形成之初，这些颗粒是半固态的。这些颗粒通过反应器时，它们碰撞并熔凝在一起，形成称为聚集体的球团。

　　制备炭黑分散液需要用多少分散剂或表面活性剂?

　　在Z佳分散体中，分散剂连续单层吸附在炭黑聚集体的表面。因此，形成流体分散液所需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，表面积较大的炭黑将需要较多量的分散剂。

　　哪些因素影响浆状油墨的光泽度?

　　在浆状油墨中，光泽度取决于分散体的质量和炭黑的聚集体粒径。聚集体越小，分散性越好，光泽度越高。

　　哪些特性影响油墨炭黑的掉色相?

　　初级聚集体粒径和分散性影响掉色相。初级聚集体越小，掉色相便越低。

　　如何制得炭黑?

　　百分之九十五的炭黑都是通过炉法制成。将原材料(石油)注入高温反应器中，其中碳氢化合物裂解并脱氢，从而形成碳和类石墨微观结构。炭黑由熔凝形成支聚集体的微小初次颗粒组成。反应器之后的操作包括粒化“蓬松的”低密度炭黑，从而改善储存和处理。使用适合于改进的分散性、清洁度及其他目标关键性质的特殊制造技术来优化塑料级别，从而提高具体应用的性能。

　　如何测量原生粒子的粒径?

　　原生粒子的粒径代表足够数量的原生粒子的典型算术平均直径，用于表征特定等级。直径由透射电子显微镜测量法测得。

　　如何测量液体中炭黑分散体的状态?

　　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。更好地测量分散体质量的方法是通过显示颜色和/或光泽度。例如，仪器的光泽度读数能记录分散时间，以确定炭黑在Z终产品中已分散至其Z大程度的时间点。

　　怎样测量炭黑的结构?

　　炭黑的结构通过油吸收过程测量，此过程称为邻苯二甲酸二丁酯吸收(DBPA 或 DBP)。因此，高结构等级炭黑通过其较高的油吸收而与低结构等级炭黑区别开来。

　　炭黑为什么具有这么多种级别?

　　炭黑的性质(例如颜色、橡胶的补强度或易分散性)需进行定制，以便适合特定的应用。炭黑的性质通常可通过改变其表面积和/或结构来进行控制。炭黑会吸收湿气吗?

　　炭黑会吸收(吸附)湿气直至达到平衡吸收值。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。

　　炭黑具有多孔性吗?

　　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制在微孔范围内(<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。

　　炭黑在什么环境下会分解?

　　通常，在空气或氧气中，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。

　　炭黑在电化学应用中的作用是什么?

　　由于炭黑具有导电性，并且电阻相对较低，所以可用于多种氧化还原设备(例如电池)中所使用的电极组件。

　　炭黑如何向聚合物系统提供导电性?

　　炭黑比聚合物、树脂或橡胶更具传导性。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在符合导电应用的所有其他关键性能需求的同时，以更低的负荷达到优化传导性的目的。

　　炭黑如何帮助形成Z终产品的遮盖力?

　　炭黑是一种优质乳浊剂，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地减少透射光和反射光。

　　炭黑如何起到紫外稳定剂的作用?

　　炭黑的紫外稳定性质源自其紫外辐射吸收能力和反向散射效率。反向散射效率是指，颗粒将入射光重新导向至其它吸收性颗粒或将入射光沿其方向返回的能力。

　　炭黑有什么样的物理形态?

　　许多(尽管并非全部)等级的炉法炭黑可以是粉末态或蓬松态、珠状或颗粒态产品，其中炭黑已经过致密化工艺处理。

　　炭黑的 ASTM 等级?

　　橡胶工业将分类系统用于炭黑的商品等级。人们在一流系统中针对塑料提出了炭黑的特别等级，并且针对具体应用进行了优化。

　　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。为了增强特定的性质，已对数种牌号炭黑进行了表面氧化，以增加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么意思?

　　炭黑的可分散性通常指其易分散性或难分散性。通常，这是针对标准炭黑级别的相对度量。随着炭黑级别的表面积降低和/或结构化的提高，炭黑的易分散性会增强。但是，应注意炭黑的其他性质(例如颜色)将随着表面积和结构的这些改变而不同。

　　炭黑的可溶性如何?

　　炭黑不溶于水和溶剂。

　　炭黑品种介绍

　　炭黑按用途分类

　　按照用途可把其分为两类：橡胶用炭黑、色素炭黑

　　色素炭黑

　　色素炭黑在油墨、油漆、涂料制品等制品中作着色用。色素炭黑的黑度其实就是炭黑的反射率。经常以反射率测定出的数据来表示。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径，一般，炭黑黑度越高，粒径越小。炭黑的挥发份，说明炭黑外表含氧集团的数量，反映了炭黑的外表物理性能、电化学性能和应用性能。炭黑的结构，炭黑微粒子聚集体形成的链枝程度的表征值，表示了碳黑内部的空隙水平，通常以吸油值来表示。

　　因此炭黑分散的好坏会直接影响到炭黑的黑度、色相和遮盖能力，直接影响到色素炭黑的使用效果。

　　1、色素用炭黑的分类

　　国际上根据炭黑的着色能力，通常分为三类，即高色素炭黑、中色素炭黑和低色素炭黑。这个分类系统常用三个英文字母表示。前两个字母表示着色能力，后一个表示生产方法

　　例如：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、橡胶用炭黑的分类

　　命名系统是把炭黑胶料的硫化速度和结构等因素考虑进去的，由4个系统构成。第一个字母代表英文字母代表胶料的硫化速度。N代表正常(normal)硫化速度，S代表缓慢(slow)硫化速度。后面3个字母第一字母代表炭黑氮表面积范围。第二个和第三个数字是反应不同的结构程度。

　　橡胶用炭黑的分类及用途：

　　命名系统是把炭黑胶料的硫化速度和结构等因素考虑进去的，由4个系统构成。第一个字母代表英文字母代表胶料的硫化速度。N代表正常(normal)硫化速度，S代表缓慢(slow)硫化速度。后面3个字母第一字母代表炭黑氮表面积范围。第二个和第三个数字是反应不同的结构程度。(这些都是由国家标准的)

N220适用于各种橡胶，耐磨性比N330高10%-20%，能赋予胶粒胶高的拉伸强度和抗撕裂强度，并有一定的导电性。主要用于载重胎、乘用胎的胎面胶，及需要高强度、高耐磨的橡胶制品

　　N550适用于天然橡胶和各种合成橡胶，易分散，能赋予胶料较高的挺性，压出速度快，口型膨胀小，压出表面光滑。硫化胶的高温性能及导热性能良好，补强性能、弹性和复原性亦较佳。主要用于轮胎帘布胶、胎侧、内胎及压出、压延制品胶料中。

　　N660本品适用于各种橡胶，与半补强碳黑相比，具有较高的结构，粒子较细，在胶料中易分散，硫化胶的拉伸强度、抗撕裂强度和定伸应力较高，而变形小，生热低，弹性和耐屈扰性能良好。主要用于胎轮帘胶布、内胎、自行车、胶管、胶带、电缆、鞋类及压延制品、模型制品等。

　　N774适用于各种橡胶，本品是除热裂法炭黑之外的粒径Z大(产品粒径为80-170nm)、结构Z低的炭黑品种，多用于轮胎胎体的缓冲层和帘布层胶料、胶管、压出制品、各种工业橡胶制品，以及电线、电缆等本品在胶料中可以大量填充，其硫化胶伸长率高、生热低、弹性高、耐老化性能良好。本品亦可代替热裂法炭黑使用。

　　热裂解法炭黑：

　　橡胶炭黑N990系列炭黑则采用天然气为原料，在隔绝空气的条件下无火焰燃烧，裂解生成，称热裂解法炭黑，碳黑N990其基本性能与炉法炭黑有较大区别。碳黑N990优点主要表现在：一、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，基他部分由为数不多的熔接粒子组成，对比其它品种炭黑，整体聚集度很低。

　　物化性质：N330是应用Z为广泛的高耐磨碳黑，本品的耐磨性能不如N220，但比槽法碳黑好。

　　用途：本品主要用于轮胎胎面，帘布胶，胎侧及各种橡胶制品。

　　用法和作用：本品是一种补强性能良好的碳黑，能赋予胶料较好的强伸性能，抗撕裂性能，耐磨性和弹性。使用本品的乘用胎的滚动损失在N300系列中仅大于N351，比其他都小，在胶料在中分散和压出性能亦好，适用于各种合成橡胶和天然橡胶。

　　N330

　　本品俗名高耐磨炉黑

　　物化性质：N330是应用Z为广泛的高耐磨碳黑，本品的耐磨性能不如N220，但比槽法碳黑好。

　　用途：本品主要用于轮胎胎面，帘布胶，胎侧及各种橡胶制品。

　　用法和作用：本品是一种补强性能良好的碳黑，能赋予胶料较好的强伸性能，抗撕裂性能，耐磨性和弹性。使用本品的乘用胎的滚动损失在N300系列中仅大于N351，比其他都小，在胶料在中分散和压出性能亦好，适用于各种合成橡胶和天然橡胶。

N339

　　本品俗名新工艺高结构高耐磨炉黑。

　　该品种与N330相比，其结构较高，粒子较细，胶料的耐磨性能和抗裂口增长性能均优于老工艺的高结构高耐磨炉黑。

　　本品用于乘用车胎，卡车胎胎面，输送带覆盖胶，胶管及要求耐磨性能高的橡胶工业制品。

　　本品在胎面胶料中的补强性能，耐磨性能及抗裂口增长性能均高于N220炭黑，压出性能也好，特别适用于丁苯橡胶、顺丁橡胶并用体系，但用本品生产胎面胶料，其滚动阻力在N330系列炭黑中式Z高的

　　N220适用于各种橡胶，耐磨性比N330高10%-20%，能赋予胶粒胶高的拉伸强度和抗撕裂强度，并有一定的导电性。主要用于载重胎、乘用胎的胎面胶，及需要高强度、高耐磨的橡胶制品。

　　N234耐磨性比N220约高10%，在高苛刻度下使用，更能显示出良好的耐磨性能。主要用于高速轮胎面胶和高质量的橡胶制品。

N326在天然橡胶中具有较高的拉伸强度、抗撕裂强度、耐磨性及抗蹦裂性能。主要用于要求强度高、生热低的轮胎(包括越野胎)胎面胶，也适用于输送带、密封制品及其他高质量橡胶工业制品。

　　N330是一种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。主要用于轮胎胎面、帘布胶、胎侧及各种橡胶工业制品。

　　N339在胎面胶料中的补强性能、耐磨性能及抗裂口增长性能近于N220炭黑，特别适用于丁苯橡胶与顺丁胶并用体系。主要用于乘用胎、卡车胎胎面胶，输送带、胶管及各种要求耐磨性高的橡胶工业制品。

　　N375与N339性能基本相同，生热比N339稍低。主要用于轿车胎、载重胎及越野胎胎面胶。

　　N550适用于天然橡胶和各种合成橡胶，易分散，能赋予胶料较高的挺性，压出速度快，口型膨胀小，压出表面光滑。硫化胶的高温性能及导热性能良好，补强性能、弹性和复原性亦较佳。主要用于轮胎帘布胶、胎侧、内胎及压出、压延制品胶料中。

　　N539使用于本品的胶料，其压出表面光滑，口型膨胀小。硫化胶的拉伸强度和伸长率较高，定伸应力较N550低，弹性和耐疲劳性能均较好。主要用于轮胎胎体胶料，尤其适用于以天然橡胶为主的缓冲层胶料，亦可用于轮胎基部胶料、胶带覆盖和其它橡胶制品及电线、电缆护套料中。

　　N660本品适用于各种橡胶，与半补强碳黑相比，具有较高的结构，粒子较细，在胶料中易分散，硫化胶的拉伸强度、抗撕裂强度和定伸应力较高，而变形小，生热低，弹性和耐屈扰性能良好。主要用于胎轮帘胶布、内胎、自行车、胶管、胶带、电缆、鞋类及压延制品、模型制品等。

　　N990本品的物化性质与相似，只是氮吸附比表面积稍低。吸收值稍高，为造粒产品，其甲苯抽出物小于。本品也有超纯级产品。本品主要用作橡胶塑料的填充剂，也可用于冶金行业作为碳化钨产品的原料或耐高温的绝热材料，还原剂等。在胶料中大量配合本品，并不影响胶料的粘合性，当配合量达到份时，可得到皮革样的橡胶制品。使用本品的胶料加工容易，不影响硫化。硫化胶的硬度小，生热低，变形小，耐曲挠，耐老化性能好。

　　炭黑(N220)

　　产品特点：N220耐磨性及抗裂性高，耐磨性比N330高10%-20%，能赋予胶粒较高的拉伸强度和抗撕裂强度，并有一定的导电性补强型炭黑，用于轮胎胎面，高质量工业橡胶制品及高负...

炭黑(N330)

　　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)

　　产品用途：用于轮胎胎面、表面补胎条、汽车橡胶件、传送带、传送垫等，用此炭黑的硫化胶显示出优良的强伸和耐磨性能。

　　热裂解炭黑是所有炭黑品种中粒径Z大的品种，(N990：200-500nm，N880:100-200nm)，较早些时候，热裂解炭黑用于汽车零配件的填充料使用，那时候热裂解炭黑的用途比较窄，价格也较为便宜。后来发现热裂解炭黑具有填充量高，胶料的弹性好，永久不变形性能优越而被大量使用与汽车、机床等橡胶制品中，价格也随着需求的增加和天然气价格的提高而提高，直到现在的一万多一吨。由于价格上涨，下游厂家多以天然气半补强和喷雾炭黑代替，热裂解炭黑的需求有所下降，但在个别行业中，热裂解炭黑以其良好的使用性能任然在使用。