碳黑基础25587.pdf

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1、碳 黑 一、碳黑的定义 化学名称：碳黑 化学式：C（碳素）乱层石墨结构 英文名：CARBON BLACK 分子量：成分及含有量：100%碳黑是以含碳原料（主要为石油）经不完全燃烧而产生的微细粉末。外观为纯黑色的细粒或粉状物。颜色的深浅，粒子的细度，比重的大小，均随所用原料和制造方法的不同而有差异。碳黑不溶于水、酸、碱；能在空气中燃烧变成二氧化碳。碳黑的主要组成物是碳元素，还含有少量的氢、氧、硫、灰分、焦油和水分。二、碳黑的种类 1、炭黑由其生产原料不同可得到炉黑、气黑、灯黑等炭黑；由其生产工艺条件不同可以得到粒径范围极广的各种不同炭黑品种，其比表面积通常为10-1000m2 /g;由其生产工艺

2、条件不同，原生颗粒交互生长为聚集体不同的高结构和低结构炭黑，由此可见炭黑的品种是极其繁多，而其性质也极为不同。炭黑的粒径和结构不同，其分散性截然不同，粒径越细，接触点越多，它们之间内聚力越强。由此可见选择分散性好的炭黑原则应是粒径大和高结构。当你希望得到一个乌黑光亮的塑料制品，选择粒径小的低结构炭黑。这是因为炭黑着色时，黑度主要基于对光的吸收，因此在特定浓度炭黑，粒径越小，则光吸收程度越高，光反射越弱，黑度越高。炭黑降低结构，黑度明显改进也是同样道理。2、碳黑的种类按产品性能分有乙炔碳黑、石墨碳黑、高结构耐磨碳黑、超导碳黑等。炭黑的结构性是以炭黑粒子间聚成链状或葡萄状的程度来表示的。由凝聚体的

3、尺寸、形态和每一凝聚体中的粒子数量构成的凝聚体组成的炭黑称为高结构炭黑。目前常用吸油值表示结构性，吸油值越大，炭黑结构性越高，容易形成空间网络通道，而且不易破坏。高结构炭黑颗粒细，网状链堆积紧密，比表面积大，单位质量颗粒多，有利于在聚合物中形成链式导电结构，其中在众多炭黑品种中以乙炔炭黑为最佳。3、碳黑的种类按色度可分高色素碳黑、中色素碳黑、导电碳黑、普通色素碳黑、通用色素碳黑。普通碳黑的分类及应用范围 SRF 碳黑一般用于那些不需要强着色力、高覆盖力或紫外线保护的垃圾袋生产。颜色倾向于灰蓝色的，价格便宜，并且相对易于色散，因此那些只配备有单或双螺旋挤塑机的母粒小厂商会选择这种碳黑。HAF 碳

4、黑的微粒大小是 SRF 碳黑微粒的一半，但着色强度是其 2 倍。呈棕红色，其紫外线保护能力明显强于 SRF 碳黑，且成本低于 P 碳黑。它具备良好的覆盖力，可以应用在很多方面。P 碳黑适用于防紫外线应用以及食品工业中，呈红蓝色。JET 碳黑具有最令人满意的色彩明暗度，呈深的，有光泽的黑色。它的颗粒是最小的，但不易于色散。只有那些配备高效剪切混合机的厂商使用 JET 碳黑时才可取得一致色散度。它也是普通碳黑中最昂贵的。成本比较显示，较贵的色母粒比便宜的色母粒可以经济地得到较好的生产效果。三、分类介绍（特定产品介绍）炭黑可以分好多种角度划分，例如制作方法，可以分炉法、槽法、新工艺等。可以从原材料分

5、油法、天然气、混气等。还可以跟炭黑的用途分橡胶用炭黑、色素炭黑等。主要看您是哪个行业，如果是橡胶行业，可能接触多的是什么 N220、N330、N550 等，这些是从粒径和结构度方面来分的。第一个字母表示硫化速度，第一个数字表示粒径（数字越大，微观颗粒越大，最后两个数字是表示结构度）。如果您是色母粒或者是油墨等行业，可能接触多的是色素炭黑，主要看着着色力指标，分高色素、中色素、低色素。FW200 在任何工业生产的炭黑中，黑度最高的炭黑。适用于汽车面漆和其它高品质金属装饰磁漆。与所有槽法炭黑一样，FW200 有良好的分散性和蓝色色相。特黑 6 容易分散的炭黑，黑度高，设置在分散条件较弱的系统里，也

6、有优良的絮凝稳定性。具有偏蓝色相。在成本上也有优点，可与高色素炉法炭黑替换用。适用于汽车漆和高品质工业面漆、烘干和气干涂料，包括水稀释性系统，在其他树脂系统都适用。特黑 5 易分散中黑度炭黑，在所有系统中均有絮凝稳定性，用于工业面漆和零售油漆，很适用于水稀释系统。特黑 4 用途极广的通用炭黑。在所有喜用中都有最好的分散性和抗絮凝性。在水性涂料中效果显著。也可用在配色上。PrintexU 主要适用于调色中。调灰的漆中会有偏棕色相。（以炉法炭黑配色会得到偏蓝相）。包括电泳系统以内，它是水性底漆的理想炭黑，而在上述的系统中，涂料有低的导电性和贮存稳定性。特黑 100 特种炉法调色炭黑，在所有易生问题

7、的系统中，如浮色发花的问题，都能起到解决作用。容易分散。在一些应用的场合中仅需高速搅拌便达到分散效果。炉法碳黑是运用于许多高标准应用场合的高性能碳黑。碳黑的纯度和性能的稳定性向来重要，现在更被公认为提高质量的关键产品。哥伦比亚公司现已开发出迄今纯度最高的炉法碳黑，即牌号为 Ultra的碳黑。Ultra碳黑有利于多种用途，可提高产品的均一性，增强相容性，改善分散性能，更能改善工艺处理及延长丝网寿命，提高黑度和降低肥料率。哥伦比亚的 Ultra高性能碳黑不仅适用于高质量产品，同时亦能达到成本始终的目的。碳黑的种类有很多,如乙炔碳黑、石墨碳黑、高结构耐磨碳黑、超导碳黑等。炭黑本身的电阻率为 欧姆厘米

8、,若表面上有大量含氧官能团,其电阻率为 50 欧姆厘米 型号分为 N220、N330、N339、N550、N660、MT 等 碳黑的种类及应用范围 N220 中超耐磨炭黑 本品是一种广泛使用的高补强型炉法炭黑，具有较高的结构性，其耐磨性介于超耐磨炭黑和高耐磨炭黑之间。本品的吸碘值 121g/kg，DBP 吸收值114cm3/100g 用于载重胎、乘用胎等胎面胶，及需要高强度、高耐磨的橡胶制品，如高强度运输带、工业橡胶制品等。本品适用于各种橡胶，与 N330 炭黑相比，含 N220 炭黑胶料的耐磨性要高 10%20%,能赋予胶料较高的拉伸强度和抗撕裂强度,并有一定的导电性。N234 新工艺高结构

9、中超耐磨炭黑 本品具有较高的结构,是 N200 系列炭黑中补强性和耐磨性较好的一个品种。其吸碘值为 120g/kg,DBP 吸收值 125cm3/100g 用于高速轮胎胎面胶和高质量的橡胶制品 使用本品的胶料的耐磨性优于 N220、N242 和 N339，其耐磨性能比 N220 约高 10%，尤其是在高苛刻度下使用，更能显示出良好的耐磨性能。本品的胶料加工性能也较好，压出表面光滑，适用于各种橡胶。N326 低结构高耐磨炭黑 本品吸碘值 82g/kg，DBP 吸收值 72 CM3/100g，具有补强能力较高，生热较低的良好性能 用于要求强度高、生热低的轮胎（包括越野胎）胎面胶料，也适用于输送带、

10、密封制品及其他高质量橡胶工业制品 本品在天然橡胶中具有接近槽黑的胶料物理机械性能，且不延迟硫化速度。使用本品的胶料具有较高的拉伸强度、撕裂强度、耐磨性及抗崩花性能。与其他的高耐磨炉黑相比，胶料定伸应力较低，伸长率较高，拉伸强度相近。N330 高耐磨炭黑 N330 是应用最为广泛的高耐磨型炭黑，吸碘值 82g/kg,DBP 吸收值 102 cm3/100g，本品的耐磨性能比中超耐磨系列炭黑稍差，但优于槽法炭黑。用于轮胎胎面、帘布胶、胎侧及各种橡胶工业制品。本品是一种补强性能良好的炭黑，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(滞后损失)在 N300 系列炭黑

11、中仅大于 N351，比其他品种都小，在胶料中分散和压出性能亦较好，适用于各种合成橡胶和天然橡胶。N539 低结构快压出炭黑 本品吸碘值 43g/kg，DBP 吸收值 111 cm3/100g，为 N550 炭黑的衍生品种，其结构比 N550 稍低，具有中等补强性能，是一种通用的炉法炭黑。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、胶带覆盖胶和其他橡胶制品及电线、电缆护套料中。使用本品的胶料，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好。N550 快压出炭黑 本品吸碘值 43g/kg，DBP 吸收值 1

12、21 cm3/100g，粒子表面光滑，结构高，在软质炭黑中，其补强能力是最高的。用于轮胎帘布层、胎侧、内胎及压出、压延制品胶料中。本品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。硫化胶的耐高温性能及导热性能良好，补强性能、弹性和复原性亦较佳。本品用于丁基橡胶内胎时，最好与 N660 并用。N660 通用炭黑 本品的吸碘值 36g/kg，DBP 吸收值 90 cm3/100g。该品种之所以称为通用炉黑，是因其兼具高定伸炉黑的高定伸应力，快压出炉黑的良好加工性能，半补强炉黑的高回弹性和细粒子炉黑的耐屈挠性，因而其应用较为广泛。用于轮胎帘布层、内

13、胎、自行车胎、胶管、胶带、电缆、鞋类及压制品、模型制品等。本品适用于各种橡胶，与半补强炉黑相比，本品具有较高的结构，粒子稍细，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，弹性和耐屈挠性能良好。N762 非污染低定伸半补强炭黑 本品的吸碘值 27g/kg，DBP 吸收值 65，具有中等补强性能，其结构低于 N774，苯透光率稍低（约 90%），不污染橡胶。用于轮胎帘布层、内胎、自行车胎、胶管、胶带、压出及模压制品等胶料。本品可用于各种橡胶，以氯醚橡胶（Hydrin200）为例，使用 N762 炭黑，其胶料的门尼粘度比 N774 稍低，伸长率稍高，但电阻比 N77

14、4 高 3 倍以上。本品能赋予橡胶较高的弹性和较低的生热。N774 非污染高定伸半补强炭黑 本品的吸碘值 29g/kg，DBP 吸收值 72，具有中等补强性能。和非污染低定伸半补强炉黑（N762、N772）相比，二者的比表面种同，苯透光率稍高，（95%左右），结构也稍高。其主要特点是溶剂抽出物低，不污染橡胶。用于轮胎帘布层、胎侧、内胎、胶管、胶带等。使用 N774 炭黑的胶料工艺性能好，填充量也可以很高。其硫化胶的弹性高，生热低，动态性能良好。硅铝碳黑：由天然煤矸石经研磨而得，现在南方也有软质硅铝碳黑矿床，其化学组成类似高岭土，即为氧化硅和氧化铝的混合物，有机质成分高达 45%。有半补强效能，

15、俗称硅铝碳黑。易混入橡胶，分散性好，可替代部分碳黑做补强剂使用。导电碳黑：导电用碳黑所必需的要素是导电性、加工性、高纯度。它的材料比例是85-70%的 PVC 树脂，15-30%的碳黑；分散条件是用加热 2 辊机装置，温度 150，分散时间为 10 分钟。皮革用碳黑所必需的要素是：黑度、分散性、分散黏度、溶解性。涂料用碳黑所必需的要素是：分散性、蓝色调、黑色度。碳粉用碳黑所必需的要素是：安全性、黑度、色调、分散性、带电特性。四、碳黑的应用行业（客户所制造的产品）工业用碳黑广泛应用于许多不同工业领域，如印刷油墨，调色剂，涂料，造纸和建材行业。正确选择碳黑品种取决于最终产品的要求和使用工艺条件。作

16、为炉法碳黑的主要制造商，卡博特公司研制了一系列应用于塑料领域的碳黑产品：纤 维 V9A32 用于塑料的纯碳黑，高纯度、分散性好、高着色力和耐紫外线 注 塑 M900 塑料用的中高色度碳黑，蓝色光，良好的分散性和极佳的耐候性 M800 标准中色素碳黑，黑度好，着色力强，高光泽，优良的分散性和机械性能 BP717 高性价比的中色素碳黑，黑度好，极佳的蓝色光和良好的分散性 R660R 提供较佳的黑度和着色力，广泛应用于调色 护 套 DL-8、E-570 黑度好，着色力强，优良分散性和表面光滑度 薄 膜 DL-430 黑度好，蓝色光，良好的分散性和机械加工性能 塑料：塑料工业对碳黑的要求也多种多样。一

17、般碳黑被加入热固性或热塑性塑料中以提供颜色，著色或一些特殊功能。牌号如 Conductex的碳黑在许多塑料中可提供不同程度的导电性，相反，经氧化处理的碳黑，如 Ultra1255，导电性低，可用于要求具有一定绝缘性的场合。所有碳黑都可用于黑色塑料中，使用时要考虑用量，分散性及成本。在涂料中，若要求带蓝相，高著色强度，易分散和高光泽，粗粒径的碳黑是最佳选择。在纤维工业中，Raven1190 Ultra最好，因为它具有较好的可滤性。黑度在要求很高的场合，如工程塑料部件，Raven2500 Ultra最为适合。涂料：许多哥伦比亚公司的碳黑均可在涂料中使用，著色剂用碳黑粒径大，粒径分布广，价格相宜，同

18、时具有蓝相，抗浮色性及抗絮凝性良好。对于机器用碳黑浓浆，通常推荐的是粗粒径碳黑，尤其是灯黑替代品。Raven14 是一种经后处理的灯黑替代品，展现性高，著色强度，高浓度的高分散。油墨：油墨类碳黑一般为中、粗粒径的碳黑，主要用于基本色，而不是作着色用。在流动状油墨中，如刊物印刷和包装凹印，Raven450 和 460 被广泛使用，因其流变性好，易分散并带蓝相。是用于新闻印刷油墨常用 Raven680Oilbeads。制备优质浆状（油性）油墨时，特别要求，可考虑使用 Raven760 Ultra，860 Ultra，1100 Ultra或 1255 等牌号。如：色素碳黑具有黑度高、着色力强，光泽高

19、、极佳的蓝相和良好的分散性、流动性等特性。一直是涂料、油墨行业界的首选产品。颜料黑 应用简介 色度 粉状 粒状 高色素 M1400 BP1400 黑度卓越，适用于原厂汽车漆，修补漆，摩托车漆等高档涂料，在溶剂型涂料中有良好稳定性。M1300 BP1300 M1000 BP1000 适用于钢琴等高档木器表面漆，黑度卓越。中色素 M900 BP900 适用于皮革色浆，黑度卓越。M880 BP880 适用于中高档工业涂料 M800 BP800 适用于中高档工业涂料，高档电泳涂料 导电碳黑 XC72R XC72 适用于导电和防静电涂料 普通色素 MogulL PearlsL 中高档工业涂料及 UV 紫

20、外光固化油墨，完全不导电 R660R R660 适用于中高档粉末涂料，着色力极强 R400R R400 适用于中高档工业涂料，各类溶剂型液体油墨，UV 紫外光固化油墨，适用性强，易分散，黑度佳 R330R R330 适用于中高档粉末涂料，良好分散性、着色力强 M430 BP430 适用于各类胶印油墨和一般工业涂料，分散性良好，黑度佳，带蓝相，稳定性高 R250R R250 适用于各类胶印油墨及里印油墨，分散性良好，带蓝相，稳定性高 R99R R99L 适于各类凹版油墨，分散性良好，带蓝相，稳定性高 E8-适用各类溶剂型油墨，卓越的分散性、稳定性，色相偏蓝 通用色素 M280 B280 适用于电

21、泳涂料，分散性极佳，色相偏蓝 M120 P120 适用于电泳涂料，分散性好，蓝相极佳 五、碳黑有以下特质（特点）1.最好的黑色颜料。2.几乎是最廉价的颜料。3.着色力及遮盖力最强的颜料。4.视觉感官上呈中性。5.最稳定的颜料、耐热、耐化学品、耐光。一种碳黑的使用性能取决于其特性及所能达到的分散程度。最重要的物理和化学特性有：粒径、比表面积、孔隙率、结构性、表面化学和物理形态。在任何特定配方中分散的程度受分散设备和分散工艺影响较大。粒径：粒径对颜色起着重要的影响。粒径小，颜色黑，但黏度高，分散时耗能大。比表面积：主要用于质量控制，它是碳黑粒径和孔隙率的函数。粒径小，比表面积大，黑度高，黏度也高。

22、孔隙率：孔隙率是碳黑的外表面积与总表面积的比值。高色素碳黑和导电碳黑的孔隙率通常较高。结构性：结构性是碳黑粒形成聚集体的三围聚集程度。高结构性碳黑的稠度大，导电性高，容易分散。用电子显微镜对形状分布的分析或通过 DBPA 吸油量的测量可测定聚集体的结构性。表面化学：工业碳黑的表面化学通常是指碳黑表面的含氧基因。经氧化的表面性能改善碳黑在特定展色体系中的润湿性、流变性和分散性。另外，氧化能提高电阻率，使碳黑更为亲水。表面氧化的程度可通过测定碳黑的挥发份含量来衡量，挥发份高，PH 值低。物理形态：物理形态在碳黑与分散设备的选配性方面十分重要。粒状碳黑适用于低剪力分散设备和三辊磨。珠状碳黑适用于研磨

23、、求磨和其它高能耗分散设备。珠状可减少粉状，大包装三货处理容易，堆密度高，省钱，而粉状碳黑容易分散。六、生产工艺（配方情况）（1）、炭黑的生产工艺主要是气黑、炉法黑、灯黑和导电黑四种。目前炭黑的生产工艺技术已能生产出所有粒径范围的炭黑，炭黑粒径大小与炭黑的黑度有直接关系，粒径越小，黑度越高，吸油量越大，分散越难。在同等加入量的漆浆中，较细粒子将使黏度提高，即需要更多的能量来达到充分的分散。并且较小粒子和较大粒子相比，显示的色调也不同。其粒径与有关性能如下：60nm-13nm 较灰 主色 较暗 较弱 着色力 较强 蓝相 色相 棕相 较低 吸油量/粘度 较高 较易 分散性 较难 较低 导电性 较高

24、 炭黑结构与性能的关系如下图所示 低 高 -较低 吸油量/粘度 较高 较高 可加量 较低 较难 分散性 较易 较高 光泽度 较低 较低 导电性 较高 较强 色调 较弱 棕相 色相 蓝相 除了具有着色剂功能外，碳黑被认为是最好的紫外线稳定剂。光会使塑料老化，尤其是阳光中紫外线会加速塑料老化。基于考虑制品使用的气候状态和对塑料制品寿命要求，需要以不同的方法来解决老化问题。碳黑就是最价廉物美优良的紫外线稳定剂。通过两个途径可以使其性能优化：一是对其微米级、亚微米级的粉料进行表面化学改性处理，即可使之由非补强型转变为补强型。典型例子是用硅烷偶联剂处理硅铝酸盐类矿粉制得的补强剂 6851 系列产品，补强

25、性能接近半补强炭黑，用于各类橡胶在保持配方力学性能的基础上提高了耐热性能，改善了工艺性能，降低了生产成本。二是将矿粉细化到纳米级(1100nm)最成功的产品是纳米碳酸钙，其代表品种是经过表面改性处理的“白艳华”，补强性能可与白炭黑比美。（2）、色素炭黑的分散 炭黑比任何其它颜料更需彻底分散在载体中。而炭黑的分散体应长期保持在稳定状态。在面漆中，炭黑的分散程度可以有很大的变化。而分散的目的应达到炭黑处于一种胶态的分布。然而此分布(分散)程度，会直接影响到色相、黑度以及涂料的遮盖力。炭黑的分散主要受制于三个因数：1.炭黑本身的特性 2.载体或分散介质的类型 3.所使用的分散设备（3）载体或分散介质

26、的类型 炭黑的分散性与其粒度、表面化学性质以及本身结构相关。干态下的炭黑分子，并不以单独粒子存在，而是由于存在著内聚力，以附聚体（三次粒子）存在，即大量聚集体（二次粒子）交结在一起。分散时，必须将这些附聚体打散，载体必须完全包围这些原始粒子。一般地说，粗粒径炭黑比细粒径的炭黑容易分散，但黑度较低。细粒径炭黑比表面积相对的大得多，必须施加更大分散能量以达到且地的、均匀的分散。在某些介质中，炭黑的表面特性对分散的难易度有很大影响。高含量的表面氧化物炭黑，诸如 FW200 和特黑 4，在基料中的分散容易得多，例如在醇酸树脂中。而表面至含有炭的炭黑，相对比较困难。炭黑表面氧化物分析测定时以挥发物表示，

27、其作用犹如预先加入的润湿剂。这种炭黑可快速容易地分散，制成高光泽面漆，而漆浆的黏度低并有良好的贮存稳定性。与其它型号不同，这类炭黑是亲水性的。另一个与分散相关的因数是炭黑的无力状态：即蓬松的、经过压实的或是粒状的。蓬松状态的炭黑最容易分散，依次是经过压实的粒状的。后两种状态优于蓬松炭黑之处是它们较易运输和粉尘少得多。载体：炭黑的分散性和分散后的稳定性很大程度上与载体的特性相关。在廉价的油漆里，炭黑较简单的分散便可接受，但在高品质的油漆里，如高光泽、高黑度磁漆，炭黑在载体中，炭黑必须达到完全分散至胶态的状态。载体必须达到完全浸湿炭黑的粒子，形成一个保护的胶体，防止反粗及絮凝，达到分散体的稳定。在

28、稀释阶段，为了避免包围炭黑粒子表面的载体被冲去，稀释剂应逐步地加入到分散体。不同载体作为分散介质的适用性，很大程度决定于它的化学组成、聚合度、酸值和不饱的双键数目。炭黑和载体的正确定量比例是适当分散的另一重要因数。应有足够量的载体使炭黑完全湿润。当工艺不能达到满意的炭黑分散体时，我们推荐采用预分散炭黑制剂。至于漆的稳定性，颇受所用溶剂特性的影响。因此必须保持溶剂和稀释剂的正确平衡。主要是溶剂的量应足以完全溶解树脂，因为不完全的溶液以及其它不相容物质，将引起炭黑絮凝。这将造成油漆表面如细微砂粒状的不良涂层。要达到分散良好，以得到最佳黑度，炭黑、载体和溶剂的正确比率是极重要的。然而这比率很大程度上

29、与在意的润湿性相关。通常有良好润湿性的载体，以高品质炭黑著色时，炭黑/树脂比为 1：2 至 1：3.（4）分散设备 以炭黑著色的面漆，其制造通常有两个基本工序：1.炭黑的预分散和润湿 2.炭黑的分散 在经济上原因，预分散应利用到最高可能的炭黑添加量直至仍能保持著最佳的稠度。在各种不同载体树脂分散炭黑的应用中，有不同的设备可供选择，下列几种是最常用的：在生产乳胶漆和对炭黑作预分散，可用搅拌机或高速分离机。对炭黑制浆、炭黑漆片溶解和炭黑浆稀释，可选择行星式混合机或搅拌机。对生产油漆用高粘度炭黑色浆，选择用冲头撞击式捏合机或密封式Z 型叶片捏合机。对生产低粘度炭黑色浆，并用其制成最终油漆产品，可选择

30、球磨机，或卵石式球磨机。若使用珠状炭黑时，只推荐用球磨机。对连续式生产黑色油漆可选择用砂磨机，注墨机，但不推荐用干对高色素炭黑分散。若生产中粘度炭黑色浆及用其生产油漆，可选择用三辊机。但若使用珠状炭黑时，不推荐使用三辊机。（5）色素炭黑的耐侯性 若含有炭黑作主色，或半透明面漆，（例如金属闪光漆），虽在很严峻条件下，仍然能得到很好的户外耐久性。使用氧化处理的槽法炭黑如 FW200 著色时，美国佛罗里达州Florida 暴晒试验后，光泽仍保留很高，没有褪色，亦无其它损坏，此结果证明了上述炭黑的耐侯性。为了达到此最佳效果，色素炭黑应有正确的湿润、有足够的分散剪切力和合适的载体（树脂）/溶剂组合。这方

31、面，槽法炭黑明显优于炉法炭黑，而应用于调色时，建议选用特黑 100.七、添加量 如选用碳黑十分细小（20nm），碳黑浓度一般规定在+%，用于 HDPE、LLDPE 及 PVC 等管材和电缆护套和 10KV 电缆架空线上，可达使用寿命 50 年以上。在橡胶配方中,通常每使用2 份橡胶就会搭配使用 1 份炭黑。八、注意事项 1、选择了炭黑品种，欲获得满意着色效果，需特别注意的一个问题-炭黑分散性。只有解决炭黑分散性，才能达到最高的炭黑着色力。2、在用炭黑配色时应该注意炭黑色调问题。炭黑粒径小，底色调为棕光；炭黑粒径大，底色调为蓝光。用钛白粉调灰色时，用粒径小炭黑呈现带黄色的灰色；采用大粒径的炭黑，

32、则会得到带蓝色调灰色。另外，下面是有关三菱碳黑在使用及保存时的注意事项：1）在化审法与安卫法中均属元素、单体，所以不在化审法限制范围内。2）产品都是为工业设计的，不适用于食品及医药用品（如化妆品、食品包装、容器类）。3）使用树脂制软罐进行运输或处理时，由于可能成为带静电之起火源。4）处理酸性系列产品 HCF（如 2350、2400B、2700B）及油粒产品时，由于均为含高挥发性物质，有粉尘爆炸的危险性。应避免在含有可能成为起火源的火星、电源、电弧的环境下或使用火焰的状态下进行作业。5）为防止损害健康，处理油粒产品时，请戴上手套，如与皮肤直接接触时，要用肥皂充分洗涤干净。在运输、储存及使用等处理

33、设施方面，尽可能采用密闭式构造。在进行粉尘飞扬作业时，在作业场所安装局部排气装置或戴上特级防尘口罩。九、碳黑的市场用量 碳黑是仅次于钛白粉的重要颜料，全世界年消耗橡胶碳黑约六百万吨，着色和其他用途等特殊碳黑约为二十五万吨。所谓特殊碳黑即指其用途在“着色”或“导电”，而非橡胶碳黑之补强。碳黑是经过精密控制的生产方法制造，可形成约 50 种不同品种，用于橡胶工业的即达成 30 种。用于着色和其他用途的碳黑品种更多，包括碳黑的分散体、母料、导电复合料、浆料和漆片等。碳黑为工业中不可或缺之化工原料，其染色与补强的特性，为多数塑、橡胶制品的改质添加剂，其中轮胎用量占总体之七成之多。中国是世界上最早生产炭

34、黑的国家之一。在古时候,人们焚烧动植物油、松树枝,收集火烟凝成的黑灰,用来调制墨和黑色颜料。这种被称之为“炱”的黑灰就是最早的炭黑。1821 年人们在北美地区首次用天然气为原料生产炭黑,从此炭黑不再是“炱”那么简单,它是“气态或液态的碳氢化合物在空气不足的条件下进行不完全燃烧或热裂分解所生成的无定形碳,为疏松、质轻而极细的黑色粉末”炭黑对橡胶具有补强作用,从此炭黑逐渐成为橡胶工业不可缺少的原材料。炭黑已成为消费量最大的橡胶配合剂。炭黑的耗用量一般占橡胶耗用量的40%50%。美国碳黑工业崛起於第二次世界大战，为确保战略物资之供应，迫使碳黑厂商大量扩产，以至今日之龙头地位，年产量高达160 万公吨

35、；亚洲地区近来因中国大陆世界工厂强劲的经济成长带动下，产能也紧追美国，以日本和中国大陆居二、三位，年产量约达 70万公吨。若将各国之年产量依照地理位置区分，与 1994 年对照下，不难发现亚洲地区成长惊人，从 1994 年的 29提升至 38，原因来自韩国、泰国、中国大陆与印度等亚洲国家传统产业成长力道的加持下，需求日益扩大，只得不断扩充产能，以平衡需求缺口；其他地区如东欧国家长年政治动荡因素，许多碳黑炉停止运作，因而年产量不定；北美地区则因需求逐渐呈现饱和状态，并未有增产动作出现。至 2006 年时，亚洲国家之产能继续扩产，以就近供应中国大陆等地之需求。如：碳黑在橡胶产品中的用量 轮胎-胎面

36、炭黑用量 4050 份。基本上不用非补强填料，或用少量陶土。内胎胶中可用 20 份左右的陶土或碳酸钙。胶带-炭黑用量 2545 份。碳酸钙可用于各部件，用量 10113 份。碳酸镁用于平带封口胶和边胶浆，用量分别为 40 份、50 份。硫酸钡用于平带擦贴胶，用量为 25 份。胶管-炭黑用量 1545 份。碳酸钙用量33128 份，陶土用量 2050 份，碳酸镁用量25 份，输酸碱胶管中还用硫酸钡30 份。胶鞋-黑色鞋底炭黑用量 50 份，超细活性碳酸钙(白艳华)50 份，陶土 40 份，白色鞋底白碳黑用量 55 份，超细碳酸钙 15 份，钛白粉 2 份。胶布制品-碳酸钙和陶土可用于各类胶布制品

37、，用量 30150 份，硫酸钡用于气密胶布，用量为 11 份。模型制品-炭黑用量 4075 份。白炭黑可用 30 份，陶土可用 35 份。碳酸钙可用 20 份。密封制品-油封可用白炭黑 70 份。密封条用炭黑 25 份，碳酸钙 10 份，耐油真空密封用陶土 30 份，炭黑 40 份。隔膜用炭黑 15 份，碳酸钙 54 份。胶乳制品-胶乳手套可用硫酸钡 1015 份或碳酸钙 5 份，海绵胶乳配 方中可用滑石粉 20 份，氯丁乳胶丝配方中可用陶土 23 份，多孔模型胶乳配方中可用陶土 100 份，或碳酸钙 100300 份。世界及我国橡胶填料的市场需求见下表。地区 年份 生胶 炭黑 白炭黑 陶土

38、碳酸钙 其他 世界 2002 1502 683 68 135 60 180 2006 1705 776 77 153 68 205 中国 2002 235 107 10 2l 9 28 2005 245 112 11 22 10 29 2010 295 134 13 27 12 35 数据来源于 IISP,P 统计资料。由此表可得到其中碳黑在橡胶行业的市场需求为%（比例）黑、白色彩是世界的主色调，由此可见炭黑在塑料工业中的地位。然而炭黑除了在工业上具有着色功能外，还具有提高着色塑料耐候性，导电性及其他性能。根据统计，美国塑料工业每年大约消耗 3 万吨炭黑，几乎是其他有色颜料和染料消耗量的两倍。

39、十、综合论述 粒径分布宽的炭黑粒子比分布窄的炭黑粒子更能赋予聚合物导电性，并用统计方法解释这个现象。粒径分布宽的炭黑，少数大直径粒子需要数目巨大，直径更小的粒子给予补偿，相同平均粒径分布宽的炭黑比分布窄的炭黑有更多的粒子总数。大部分都是探讨导电粒子接触的几何学研究。该理论认为，炭黑填充量越大，处于分散状态的炭黑粒子或炭黑粒子集合体的密度也越大，粒子间的平均距离越小，相互接触的几率越高，炭黑粒子或炭黑粒子集合体形成的导电通路也越多。不同极性的高聚物与炭黑组成共混体系的极性越大，炭黑临界体积分数就越大，意味着体系的导电性下降，因为炭黑表面含有很强的极性基团，基体极性大，作用增强，这时强度增加，却妨

40、碍导电粒子自身的凝集，以致导电性差。但是在多组分基体树脂与炭黑组成的共混体系中，由于不同基体的极性不同，填充炭黑会产生偏析现象，这时导电性能取决于炭黑粒子在偏析相中的浓度和分布状态，还取决于偏析相高聚物所占比例。碳黑的表面积也是相当重要的，碳黑比表面积研究和相关数据报告中，只有采用BET 方法检测出来的结果才是真实可靠的，因为国内外制定出来的比表面积测定标准都是以 BET 测试方法为基础的 炭黑是橡胶的主要补强填料，其成分 9099是元素碳，其余是少量挥发分和水分。在炭黑生产过程中，其表面吸附或结合了少量羧基、醌基、酚基、内酯基等化学基团。过去曾经认为炭黑的补强效能仅取决于其粒径(比表面积)大

41、小及结构性，而与其表面的化学性质无关。近年来大量研究结果表明，炭黑粒子表面的化学基团在混炼过程中能与橡胶起化学反应，使结合胶增加，进而增进了硫化胶的力学性能和耐老化性能。白炭黑粒子表面化学基团与炭黑完全不同。气相法白炭黑表面含有硅醇基 SiOH，沉淀法白炭黑表面含有硅醇基 SiOH 及 Si(OH)：。气相法白炭黑呈酸性，沉淀法白炭黑表面呈酸性或呈碱性。呈酸性会迟延硫化速度，呈碱性则会加快硫化速度。白炭黑表面微孔多，吸湿性强，对补强不利。用硅烷偶联剂对其表面进行改性处理，能克服其弊端，改善其补强性能。对非金属矿物粉体填料进行表面改性处理，也有很好的应用效果。2003 年国内主要橡胶补强填料参考

42、价格见表 1，部分非金属矿物粉体填料参考价见表 2。表 1 主要橡胶补强填料参考价格 品名 规格型号 价格(人民币元/吨)中超耐磨炉黑 高耐磨炉黑 快压出炉黑 通用炉黑 N220 N330 N550 N660 47005300 45005000 45004900 44004800 白炭黑 HT599 HT299-1 HT299-2 8000 5600 5000 HTl99 5400 表 2 部分非矿粉体填料参考价格 品 名 规格 价格(人民币元/吨)陶土 325 目 16002000 重质碳酸钙 3-10m 2201000 轻质碳酸钙 8002500 目 10502350 活性碳酸钙 3258

43、00 目 9501 600 白云石粉 400 目以上 320 重晶石粉 3251250 目 1500 叶蜡石粉 800 目 1860 硅灰石粉 400 目以上 1600 滑石粉 1202500 目 2601 600 萤石粉 200 目 500700 钾长石 200325 目 230260 云母 325800 目 13006000 海泡石 210m 30004000 石墨 含量 8090 1 0003000 粉石英 325 目以上 16002500 膨润土 325 目以上 1300 凹凸棒土 325 目以上 5001 100 经过表面化学改性处理，可作补强填料使用。从表 1、表 2 可以看出：(

44、1)虽然炭黑在橡胶中的补强性能优于白炭黑，但白炭黑的价格却高于炭黑。其主要原 因在于炭黑仅能用于制造黑色橡胶制品，白色、浅色和彩色橡胶制品以及透明橡胶制品只能用白炭黑作为补强填料。白炭黑生产成本高，使用价值高，故而售价亦高。(2)非矿粉体填料的价格大大低于炭黑和白炭黑，主要是因为我国非金属矿物资源非常丰富，生产成本低。橡胶产品使用非矿粉体填料不仅能降低生产成本，还能改善生产工艺和产品使用性能。(3)通常非矿粉体填料对橡胶产品没有补强效能，仅起填充增容作用。通过两个途径可以使其性能优化：一是对其微米级、亚微米级的粉料进行表面化学改性处理，即可使之由非补强型转变为补强型。典型例子是用硅烷偶联剂处理

45、硅铝酸盐类矿粉制得的补强剂 6851系列产品，补强性能接近半补强炭黑，用于各类橡胶在保持配方力学性能的基础上提高了耐热性能，改善了工艺性能，降低了生产成本。二是将矿粉细化到纳米级(1100nm)最成功的产品是纳米碳酸钙，其代表品种是经过表面改性处理的“白艳华”，补强性能可与白炭黑比美。研究开发取得可喜成果的还有纳米粘土(蒙脱土)，它能显著提高橡胶的强度、耐磨性和耐热性。国外大的跨国橡胶轮胎公司把注意力转向这一类产品，有望用作环保型绿色轮胎的补强填料，部分或全部替代炭黑使用。橡胶产品大量使用填料，其用量仅次于生胶耗用量。补强填料主要是炭黑和白炭黑，其用量约占生胶耗用量的一半。全球（国外）碳黑三大

46、生产企业为美国卡博特公司（CABOT）、德国德固萨公司（DEGUSSA）和日本三菱公司。德国德固萨公司是德国第三大化工企业，在特种化工领域位于世界之首。它的槽法碳黑主要有（按黑度等级从高低）：FW200、特黑 6、S160、特黑 4、特黑 4A、U 碳、140V；炉法和灯法碳黑（按黑度等级从高低）：101、100、25、35、45、60、L6、300、特黑250、XE2、G。日本三菱公司生产的碳黑作为黑色颜料，广泛应用于以报纸油墨、印刷油墨、树脂着色、涂料、碳粉、纸着色、墨汁及陶瓷等为主的各项领域。从泛用型号到高级型号，三菱化学不仅产品种类齐全，还备有加工性能优良、有利于改善环境的油粒等各种型

47、号的产品。还有导电性碳黑广泛应用于胶卷、IC 盘、表面发热体、磁带、磁盘及导电性橡胶等为中心的各种领域。另外还有五种专供橡胶及塑胶行业使用的产品。涂料用途有：2700、2200、1000、MA100、MA230、MA220；印刷油墨用途有：MA11、MA7、MA100、47、32、MA14 等。美国卡博特公司是全球最大的碳黑制造商。在全球二十六个国家拥有近三十间碳黑工 厂，在美国有多个研究中心及实验工厂，其生产技术、产品种类和质量居于世界领先水平。其产品中的炉法特种黑广泛应用于各个行业，如：塑料行业、涂料行业、油墨印刷等用途。下表为美国卡博特公司的碳黑品牌和性能以及应用产品。塑料薄膜 包装膜

48、手提袋（15-17m）120、160 垃圾袋（25-90m）120、160 工业用袋（120-180m）120、160 保护膜 建筑用（10-80m）120、160 照相纸（8-15m）3030 表面（20-100m）3030 农业 地膜（10-80m）4040、4060 注塑成型 汽车 汽车内部 3030、800、900 汽车外部 汽车盖下面 TP、570、9A32 电子 3030、800、900 家用电器 与食品接触 FDA 4350、4750 抗静电 电子 IC 元件 XC605、XC72 薄膜 XC605、XC72 安全 纤维 XC605、XC72、XC305 传送（带、管）商业机器

49、齿轮，棒 XC72 防紫外-挤出 管材 压力管/常规 254、TP 灌溉/常规 254TP、570 污水/工业/非常规 570、430、460、120 通讯电缆护套 铜芯 254、TP、9A32 光缆 电力电缆护套 中/高压电力电缆 254、TP、9A32 低压电力电缆 570、430、460、120 导电 XC500 合成纤维 工业用丝 安全带 TP、9A32、4560 绳网 4840 国内主要碳黑生产厂家有河南奇昌化工有限公司，天津天昊碳黑有限公司和河北龙星集团等。近年来国内碳黑生产工艺的进步和技术的大幅度提高，已具备生产高纯度、分散性好、高着色力、品种多样化的高质量碳黑的市场要求。目前，随着国内塑料、油墨、涂料行业以及相关工业的快速发展，大大地推动了碳黑需求量的快速增长，国内碳黑势必扩产，发展前景广阔。