炭黑基本知识问答

炭黑基本知识问答

1. 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）。

2. 炭黑的保质期：

储存于干燥密封环境条件下时，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。

3. 邻苯二甲酸二丁酯吸油率 (DBPA)：

邻苯二甲酸二丁酯吸油率是一种用于定量炭黑等级的结构特性数量的技术。较高的邻苯二甲酸二丁酯吸油率数值对应较高的炭黑结构。

4. 黑墨在不同表面上表现出不同的性能的原因：

由于油墨是一种非常薄的膜，炭黑和载色剂往往会渗入多孔表面，从而允许更多的基体突出此薄膜。与浆状油墨相比，这种效应在液体油墨中更为明显。高结构炭黑往往比低结构炭黑渗入较少。

5. 炭黑的导电性：

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）。

6. 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。它是所有炭黑中最接近石墨的，通常用于提供导电性。

7. 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。

8. 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。

9. 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。

10. 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。在某些最终应用中，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。

11. 体积密度:

体积密度的值表示不同炭黑级别所占据的空间面积。

12. 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。聚集范围最小化的等级被称为低结构等级。

13. 初次颗粒：

炭黑制造过程中形成的最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。

14. 制备炭黑分散液需要用分散剂或表面活性剂:

在最佳分散体中，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。

15. 影响浆状油墨的光泽度的因素:

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。

16. 影响油墨炭黑的掉色相的因素

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。

17. 炭黑制造工艺：

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。

18. 测量原生粒子粒径的方法：

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。

19. 测量液体中炭黑分散体的状态的方法：

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，以确定炭黑在最终产品中已分散至其最大程度的时间点。

20. 测量炭黑的结构的方法：

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。

21. 炭黑的级别:

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。

22. 炭黑吸收湿气:

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。

23. 炭黑的多孔性:

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。

24. 炭黑的分解:

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。

25. 炭黑在电化学应用中的作用：

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。

26. 炭黑向聚合物系统提供导电性的原理：

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。

27. 炭黑如何帮助形成最终产品的遮盖力：

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。

28. 炭黑紫外稳定剂的作用:

碳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。

29. 炭黑的物理形态:

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。

30. 炭黑的 ASTM 等级：塑料是否存在 ASTM 等级？

否。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。

31. 炭黑的 CAS 编号:炭黑的 CAS 编号为 [1333-86-4]。

32. 炭黑的 pH 值:

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）。

33. 炭黑的初次颗粒的粒度与表面积的关系:

初次颗粒的粒度与表面积成反比。例如，初次颗粒的粒度减小，表面积则增大。

34. 炭黑的化学式: C。

35. 炭黑的原生粒子:

在生产中可控制原生粒子的粒径。粒径范围可从 8 纳米（对于高表面积级别的炭黑）至 75 纳米（对于低表面积的炭黑）。

36．炭黑的可分散性:

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。

37. 炭黑的可溶性:炭黑不溶于水和溶剂。

38. 炭黑会影响平板印刷油墨的流动性的性质:

炭黑表面化学吸附的氧基团会影响炭黑的流动性。这些基团的水平越高，往往使油墨具有更持久的流动性。 REGAL 400、REGAL 400R、BLACK PEARLS L 和 MOGUL L 与具有相似颜色强度的其他炭黑相比，通常能使油墨产生更持久的流动性。

39. 炭黑的密度:炭黑聚集体的真密度（比重）为约 1.8 克/立方厘米（112.5 磅/立方英寸）。

40. 炭黑的挥发物含量:

挥发物含量是衡量化学吸附氧基团数量的度量单位（以失重百分比表示），这些氧基团在将炭黑加热至高温时被释放。挥发物含量的值不包含吸收的湿气。这与传统意义上的挥发物含量并无关联，后者是指吸收的有机化合物（例如溶剂或油）的含量。在加热条件下，化学吸附的氧基团可通过转化成气体的方式被分解并消失，例如二氧化碳、一氧化碳和水。41. 炭黑的混合：

混合是炭黑分散过程的一个步骤。它是指使用树脂或溶剂来湿润炭黑表面。本质上，它是指对封闭空气进行置换和对附聚体表面进行完全覆盖，以获得易于加工的分散性混合物。42. 炭黑的物理形态影响分散率的方法:

可以直接使用粉状炭黑，或使用较致密的粒状炭黑。粒状炭黑更易于处理，并且其混合速度要快于粉状炭黑；但是，粒状炭黑较难分散。这是因为致密化过程增加了附聚体的邻近度，从而增加了必须在分散过程中克服的范德华引力。

43. 炭黑的用途:

炭黑在橡胶中用作补强剂，在塑料、打印墨水、涂料、密封剂以及其他多种产品中用于提供着色、导电性、流变控制和紫外防护。

44. 炭黑的电化学应用:

由于炭黑可用作电的导体，其广泛使用于多种电化学设备，例如电池、电极和燃料电池。

45. 炭黑的结构影响光泽度:

由于其较高的吸油量，高结构牌号炭黑与低结构牌号炭黑相比，其使成品光泽度降低的程度更大。

46. 炭黑的结构影响分散速率的原理:

结构较高的炭黑通常比表面积相似、结构较低的炭黑容易分散。高结构炭黑中的聚集体由许多原生粒子组成，这些原生粒子聚成球团，并具有相当多的分支和链式结构。因此，聚集体聚集效果较差，减弱了聚集体之间的吸引力。低结构炭黑更加紧密，允许聚集得更近，因此聚集体之间的吸引力较大，使得分散更加困难。不过，虽然分散较低结构的炭黑需要更多的能量，然而它们较高的密度使其更容易“湿润”或混合，因为其所需排出的空气较少。

47. 炭黑的表面氧化如何影响导电性:

在具有相同表面积和结构的条件下，氧化后的炭黑，其导电性要弱于未氧化的炭黑。由于表面在化学吸附氧基团后具有绝缘特性，从而导致导电性降低。

48. 炭黑的表面积和结构性质影响产品粘度的原理:

结构是影响粘度的首要因素，表面积为次要因素。在研究炭黑结构的变化产生的影响时，使用高结构炭黑取代相同表面积的低结构炭黑，会使最终产品获得较高的粘度。使用较高表面积的炭黑取代具有相同结构和挥发物含量的较低表面积炭黑时，会使最终产品获得较高的粘度。

49. 炭黑的表面积影响分散率的原理：

与具有相似结构的较低表面积炭黑相比，较高表面积的炭黑更难于分散。

部分原因在于：“润湿”或混合的表面积等级越高，所需的能量越高。同样，随着原生粒子变小（表面积增加），一定体积的单位重量炭黑含有更多聚集体。这导致聚集体之间的距离更小，接触点更多，从而使聚集体之间的引力增强。

50. 炭黑的颜色性质与表面积的关系:

表面积较大的炭黑（初次颗粒粒度较小）将显得较黑，而那些表面积较小的炭黑级别（初级颗粒粒度较大）将显得较灰。

51. 炭黑结构对颜色特性的影响:

与表面积影响相比，结构对颜色的影响较轻微，但是高结构炭黑颜色减弱，又由于其具有较好的分散性，因此色相要比相同表面积的低结构炭黑更蓝一些。

52. 炭黑结构的含义:

碳黑的聚集体通过称为初级颗粒的较小单元融合形成，具有立体支链结构或簇。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。聚集范围最小化的等级被称为低结构等级。

53. 炭黑补强:

炭黑补强现象与轮胎和橡胶行业的关系尤其紧密。炭黑能够增强合成橡胶的性能，例如抗拉强度和耐磨性。

54. 炭黑表面化学影响分散速率影响:

某些牌号的炭黑经过后处理，以增加其表面上化学吸附氧的量。在一些最终应用中，这样可以提高湿润率从而加快分散速率。炭黑的分散稳定性也得到提高，并且降低了产品粘度。

55. 炭黑的生产方法:

95% 的炭黑通过炉炼工艺进行生产。将原料（油）注入高温反应器中，其中碳氢化合物裂解并脱氢，从而形成类石墨微观结构的碳。炭黑由非常小的初次颗粒组成，这些颗粒融合以形成支链聚集体。反应器之后的操作包括，粒化“蓬松态”低密度炭黑，从而改善储存和处理。适用于塑料的优化等级使用特殊制造技术改善分散性、清洁度和需要的其他重要性质，为特定的应用增强性能。

56. 炭黑：配方中所使用的炭黑含量

通常，如果炭黑在塑料市场中用于着色，应将其提供给母料生产商，母料生产商以高负荷（根据炭黑类型、塑料树脂类型和混合设备的类型，按重量计 20% 至 50%）对炭黑进行分散。母料供应商会将其产品供应给混合加工商，混合加工商将母料稀释到其最终使用的炭黑水平（根据应用情况，通常为 0.5% 至 3.0%）。炭黑可能难于分散，因此在高炭黑负荷下进行共混以增强剪切力，从而对炭黑进行分散。由于分散性有利于塑料化合物的显色、表面质量、机械性质和加工处理，因此其对于产品质量十分重要。

57. 碘值：

炭黑的碘值是与炭黑表面积有关的一种测量单位。其是一种在炉法炭黑的质量保证中常用的程序。此程序以每克炭黑吸收的碘量（毫克）(mg/g) 为单位来测量其重量。

此测试的 ASTM 编号为 D 1510。

58. 粒度降低影响塑料化合物的性质:随着炭黑粒度的降低，会产生以下性质变化：主色调或黑度变暗，着色强度变强，母料粘度更高，炭黑分散更难。

59. 炭黑的粒度与炭黑的表面积的关系:炭黑的粒度与炭黑的表面积成反比。

60. 聚集体：

聚集体是最小的炭黑功能单位。其由称之为初级粒度的更小单位融合成三维支链结构而成。

61. 表面氧化炭黑中含氧基团的性质:

表面氧化炭黑上的氧化物以化学吸附有机官能团的形式存在。这些基团包括酚类、羧酸，尤其是酮类。

62. 选择使用粒状或粉状炭黑时应考虑的因素:

粒状炭黑较粉状炭黑更易于储存、处理和运输。由于其具有较少灰尘，因此更为清洁和便于处理，较少产生管理问题。粒状炭黑也不如对应的粉状炭黑昂贵。使用粒状炭黑的主要缺点在于，与对应的粉状炭黑相比，其更难于分散。当可用的设备不足以分散粒状炭黑时，通常才决定使用粉状炭黑。