炭黑的性能及应用简介

发布日期：2023-10-16 浏览次数：64

炭黑（又名碳黑），是一种无定形碳，轻、松而极细的黑色粉末。炭黑的主要成分为碳，基本粒子尺寸在10-100 nm之间，具有优良的橡胶补强、增容、着色、导电、抗静电和紫外线吸收的功能，是人类最早开发和应用的纳米材料，被广泛用于塑料、化纤、油墨、涂料、电子元器件、皮革化工、干电池等很多行业的制品中，还可作为高级碳材料用于冶金及碳素材料行业中。

炭黑的分类

按照生产工艺的不同，炭黑主要分为以下三种：

槽法炭黑

槽法炭黑是以天然气或煤层气为原料，与空气混合进行不完全燃烧，金属槽板在还原层做缓慢的往复运动收集生成的炭黑。反应过程中炭黑表面生成较多含氧官能团，使得印刷和分散性能较好，且多环芳烃含量极低，可用于制造与食品直接接触的橡胶制品的炭黑。

炉法炭黑

炉法分为气炉法和油炉法两种。炉法炭黑是将气态烃、液态烃或混合物作为原料，供以适量的空气，在反应炉内形成密闭的湍流系统，通过使一部分原料和空气燃烧提高热量裂解另一部分原料产生炭黑。

热裂解碳黑

以天然气、乙炔气为原料，在隔绝空气的条件下经过高温热解生成的炭黑为热裂解炭黑。以乙炔气为原料制备的炭黑称为乙炔炭黑，乙炔炭黑的纯度高，杂质极少。因乙炔炭黑电阻率低，导电性、传热性、抗静电性能好，多用于制造干电池的电极。

炭黑的性能指标

粒径

粒径是指初级粒子大小及分布。通常，炭黑的粒径越小，单位质量的比表面积越大。炭黑的粒子大小及其分布对其使用性能有较大的影响。例如，在塑料中炭黑的粒径越小，炭黑的色度越黑、抗紫外老化越强、导电性能越强；在橡胶中炭黑粒径越小，单位质量的比表面积越大，吸附活性越大，补强效果得到提高。

结构度

炭黑的结构度是表征炭黑聚集体的主体形状的一种指标。炭黑聚集体是炭黑的基本结构单元，不同种类的炭黑中聚集体的大小、形状不同，从而影响炭黑的结构和组成。炭黑的结构度通常采用DBP吸油值进行测定。在塑料中炭黑的结构越低，炭黑的色度越黑、抗紫外老化越强，而导电性与之相反，炭黑的结构越高导电性越强；在橡胶中，炭黑的结构度越高，越易分散。

表面能与表面活性

表面能与表面活性，都会对炭黑的功能产生重要影响。从物理学角度看，炭黑表面能表示炭黑的吸附能力，表面活性是炭黑与橡胶相互作用的基础。在塑料中，炭黑的表面活性对着色没有影响，但会影响抗紫外老化和导电性。表面化学性越弱，导电性越强，抗紫外老化性越弱。在橡胶中，炭黑表面能越高，对橡胶的补强效果越好

炭黑的用途

炭黑在许多领域中有着不可替代的作用。炭黑在橡胶中应用最多，约占90%（其中轮胎占比可达到70%）。除此之外，在塑料、胶粘剂、涂料等领域也有广泛应用。

在塑料领域，炭黑作为着色剂有两种用途：制造黑色塑料及调色。除着色外，在塑料中还具有紫外线防护和导电作用。