原创+少部分参考《炭黑》

江苏刷漆 · 发表于 2009-8-13 23:53:27

本帖最后由小谭于 2009-9-12 14:26 编辑

炭黑

化纤、油墨/涂料、塑料等行业里的着色剂、导电剂、补强剂、染色、紫外线屏蔽等作用。
在中国早期，松烟黑就被用做图画及后来的墨汁制作。

闲话少说。
一、分类
1、
制成方法：
油炉法    封闭系统，催化工艺，裂解煤焦油等多芳烃重油坚决不使用在PAHs要求产品中
气炉法    封闭系统，天然气、煤炭层气  热氧化裂解剥离法
灯烟法    封闭系统采用芳烃重油不完全燃烧

热氧化裂解
槽法

开放系统槽钢收集燃烧天然气后的不完全物
滚筒法    开放系统滚筒壁钻孔，通过灼烧芳烃重油等，裂解形成炭黑
混气法    不了解

热烈法    在某一容器内，对通入的天然气+空气进行高温裂解制作
热裂解法
乙炔法    乙炔+空气通过加温到达一定条件后，控制空气进入，裂解为H2和乙炔黑导电效果好
2、
用途

            硬质炭黑：填充补强用，汽车轮胎胎面用炭黑
橡胶用炭黑
            软质炭黑：非补强用，提供合适的硬度和调整弹性，内胎及手柄等用炭黑，俗称胎体炭黑

            色素炭黑（HCC、HCF、MCC、MCF、RCC、RCF、LCF）标1
非橡胶用炭黑导电炭黑（CF、SCF、XCF、）标2一般为颗粒状，大吸油量产品
            塑料用炭黑  塑料着色剂/色母料黑、紫外线屏蔽等
※注  标1：H代表高色素，C代表炭黑、C代表槽法、F代表炉法、M代表中色素、R代表普通、L代表低色素
   标2：C代表炭黑、F代表炉法、S代表超级导电、X代表特导电
二、炭黑的性质
1、
结构
炭黑的粒子的结构，一般是球形结构、椭球型结构、纤维状，但聚集态则以枝状为主。

(不同大小形状的椭球型聚集态)
(纤维状)

2、
粒径大小和分布
电子镜片测试平均几何粒径，纳米级。粒径越小黑度越高，导电性也越好，反射越差，吸收光越强，比表面积越大。
3、
炭黑组成
炭黑含有不少杂质，主要有硫、氮、氧、氢。且大部分都是吸附在炭黑表面，形成不同的键合官能团。
槽法炭黑主要是含氧量高，硫来源于煤焦油、天然气等。这些导致炭黑表面官能团。C-O，C-H，C-S等。
4、
密度
5、
热导率
6、
导电性
7、
有氧着火温度
炭黑在有氧条件下可以进行燃烧，不同炭黑、不同结构、不同密度、含水率、灰分含量都会影响到炭黑的着火温度。
一般而言炉法黑温度较高，在350-380℃范围，槽法在290-300℃。

注：图片原稿取自《炭黑应用手册》一书
8、
水分
炭黑的水分主要是后期中的吸附。多数是物理吸附，部分水分在裂解时因缔合作用较难通过加热等方式除去。
9、
灰分
高温炉灼烧后的残留物的量。一般以550℃灼烧或825℃。550℃条件下的结果比较理想，可以保证灰分中形成的碳酸盐不被分解。825℃条件下的测试结果比较快，但相对来讲，形成的碳酸盐又会分解，影响测定结果。
三、炭黑标准
1、
橡胶用炭黑GB3778-2003
2、
色素炭黑GB/T7044-2003
3、
乙炔炭黑GB/T3782-2006
四、应用
1、
橡胶
2、
轮胎
3、
塑料
4、
油墨、涂料
5、
化纤、布料
五、炭黑在油墨、涂料中的应用
炭黑在油墨涂料中的应用比较广泛，主要做色漆使用。在索引号中以PB K-7排序，苯胺黑排PB K-1。
1、粒径与性能的关系
炭黑粒径
小
大
黑度
高
低
吸油量

大
小
分散
差
好
着色力
好
坏
导电性
高
低
2、
色相
灯黑嘴易出现蓝相和黄相，炉黑次之，槽黑显红黄相较多。调正黑色使用槽黑效果好，调灰色以灯黑的蓝相黑来的色调好。
3、
吸油量
炭黑的吸油量直接影响黑色漆、黑色墨的粘度、喷涂/印刷状况、涂装品状态、研磨难易、遮盖力控制等效果。个人在设计丝网印刷油墨的时候，曾大量实验过不同吸油量、不同黑度和色相炭黑对光泽、遮盖力等的影响。在排除主体树脂固体份的前提下、分散剂效果一致、溶剂配方不变等其他因素的干扰后进行。
对于丝网印刷用油墨，在测试遮盖力的情况下，建议高色素高吸油量炭黑+低色素低吸油量炭黑。高色素炭黑提供纯正黑度，而低色素炭黑在保证合适添加量的前提下提供优秀的遮盖力，使得在透明基材上以不同配伍制成不同的遮盖力和色相、黑度、透光性。
4、
炭黑结构和聚集体态

高结构
低结构

低结构
高结构
润湿性
好
差
吸油量/触变性

低
高
粘度
低
高
黑度
差
好
光泽
好
差
着色力

差
好
遮盖力
好
差
5、
炭黑的PH值及配方制作注意点
炭黑在制作漆/墨时，是最难分散和研磨的。主要体系在其吸油量大，聚集态稳定。并且容易形成不稳定的悬浮点倾向，因此极易出现后贮存期的絮凝返粗现象。
但处理过的炭黑具有很好的比表面积，能够更大程度的解决此类问题。
方法1、溶剂浸泡
方法2、分散剂浸润
方法3、偶联剂、螯合物处理
方法4、氧化处理
关于螯合物、偶联剂处理思路主要来源于塑料行业针对塑料粒子等的处理工艺。
关于氧化处理，主要来源于供应商的作业，处理工艺使得炭黑的比表面积增加，多空因而富含大量挥发物质，炭黑亲水性增强，分散变的容易。但一般经过氧化处理后，酸值上升，着色力下降。

种类
挥发份

PH值
橡胶炭黑

中等4~6
3.5~4.5
热裂解炭黑
低0.4
8.2
乙炔黑
低0.6
8.2
炉法黑
低0.7

9.5
高温氧化处理黑
低0.4
10
高分散着色黑
高7~15
2.5~4

※部分资料参考来《源橡胶工业》、《橡胶改性》等杂志、专著。
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依时间，我会适当发些个人经验帖共享！