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，中国是世界上最早发现并生产炭黑的国家，距今已有三千多年的历史。最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，最后传入欧洲的。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。它是所有炭黑中最接近石墨的，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。

 

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。聚集范围最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。

 

制备炭黑分散液需要用多少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。

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，以确定炭黑在最终产品中已分散至其最大程度的时间点。

 

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。

 

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。

炭黑按型号分类

主要分为N220、N330、N550、N660、N990、N110、N115、N234、N326、N339、N375、N539、N550、N880 等。

 

炭黑检测标准：

0837/752-2007 橡胶用炭黑产品能耗限额

DBl2/046.37-2008 炭黑产品单位产量综合能耗

GB/T 10722-2003 炭黑 总表面积和外表面积的测定氮吸附法

GB/T 12827-2008 标准参比乙炔炭黑及鉴定方法

GB/T 13021-1991 聚乙烯管材和管件炭黑含量的测定(热失重法)

GB/T 14853.1-2002 橡胶用造粒炭黑倾注密度的测定

GB/T 14853.2-2006 橡胶用造粒炭黑 第2 部分:细粉含量和粒子磨损量的测定

GB/T 14853.4-2002 橡胶用造粒炭黑堆积强度的测定

GB/T 14853.5-2002 橡胶用造粒炭黑粒子尺寸分布的测定

GB/T 14853.6-2002 橡胶用造粒炭黑单个粒子破碎强度的测定

GB/T 15338-2012 炭黑 试验方法精密度和偏差的确认

GB/T 15339-2008 橡胶配合剂 炭黑 在丁腈橡胶中的鉴定方法

GB/T 18251-2000 聚烯烃管材、管件和混配料中颜料或炭黑分散的测定方法

GB 28308-2012 食品安全国家标准 食品添加剂 植物炭黑

GB 29440-2012 炭黑单位产品能源消耗限额

GB/T 29612-2013 炭黑中镉、铅、汞含量的测定

GB/T 3515-2005 橡胶 炭黑含量的测定 热解法

GB 3778-2011 橡胶用炭黑

GB/T 3780.1-2006 炭黑 第1 部分: 吸碘值试验方法

GB/T 3780.10-2009 炭黑 第10 部分：灰分的测定

GB/T 3780.12-2007 炭黑第12 部分:杂质的检查

GB/T 3780.14-2010 炭黑 第14 部分：硫含量的测定

GB/T 3780.15-2006 炭黑 第15 部分: 甲苯抽出物透光率的测定

GB/T 3780.17-2008 炭黑 第17 部分：粒径的间接测定 反射率法

GB/T 3780.18-2007 炭黑 第18 部分：在天然橡胶（NR）中的鉴定方法

GB/T 3780.2-2007 炭黑 第2 部分：吸油值的测定

GB/T 3780.21-2006 炭黑 第21 部分：橡胶配合剂筛余物的测定 水冲洗法

GB/T 3780.4-2008 炭黑 第4 部分：压缩试样吸油值的测定

GB/T 3780.5-2008 炭黑 第5 部分：比表面积的测定CTAB 法

GB/T 3780.6-2007 炭黑 第6 部分：着色强度的测定

GB/T 3780.7-2006 炭黑 第7 部分: pH 值的测定

GB/T 3780.8-2008 炭黑 第8 部分：加热减量的测定

GB/T 3781.5-2006 乙炔炭黑 第5 部分: 粗粒分的测定

GB/T 3781.6-2006 乙炔炭黑 第6 部分 视比容的测定

GB/T 3781.8-2006 乙炔炭黑 第8 部分：盐酸吸液量的测定

GB/T 3781.9-2006 乙炔炭黑 第9 部分：电阻率的测定

GB/T 3782-2006 乙炔炭黑

GB/T 6030-2006 橡胶中炭黑和炭黑/二氧化硅分散的评估快速比较法

GB/T 7044-2003 色素炭黑

GB/T 7047-2006 色素炭黑 挥发分含量的测定

GB/T 7048-2012 色素炭黑 黑度的测定

GB/T 7052-2012 色素炭黑 流动度的测定

GB/T 7767-2003 炭黑术语

GB/T 9578-2011 工业参比炭黑4#

GB/T 9579-2006 橡胶配合剂 炭黑在丁苯橡胶中的鉴定方法

GB/T 9580-2009 标准参比炭黑的鉴定方法

GB/T 9581-2011 炭黑原料油 乙烯焦油

HG/T 2152-2011 炭黑DBP 吸收值测定仪技术条件

HG/T 2725-2007 散装炭黑采样标准方法

HG/T 2797.1-2007 硅铝炭黑 第1 部分：筛余物的测定 水冲洗法