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什么是碳黑?
碳黑是碳(主要為石油衍生物)經(jīng)過不完全燃燒形成的精細粉末狀的準石墨結(jié)構(gòu)物質(zhì),表觀呈純黑**或者粒狀。產(chǎn)品的著色力,精細度和密度根據(jù)原料和生產(chǎn)工藝的不同而有很大差異。碳黑不溶于水;有酸堿性之分,燃燒后產(chǎn)生二氧化碳。碳黑的主要成分是碳,同時包含微量氫,氧,硫,灰份,焦油和水份。
什么是顏料碳黑?
據(jù)2005年統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示,碳黑的全球年產(chǎn)量接近800萬噸,其中90%以上為橡膠碳黑,用于橡膠補強用途和汽車輪胎;只有大約10%作為色素用于油墨,塑膠和涂料,稱為顏料碳黑,或者色素碳黑。
顏料碳黑的消費量
顏料碳黑,作為較主要的黑色顏料,是僅次于鈦**和氧化鐵的第三大銷量的顏料產(chǎn)品。顏料碳黑的全球年用量(用于著色以及其他特殊用途,區(qū)別于橡膠補強用途)為50萬噸。由此可見,顏料碳黑與橡膠碳黑有著明顯的區(qū)別。
顏料碳黑的特點
1. 較好的黑色顏料
2. 幾乎是較便宜顏料
3. 與同類顏料相比有較好的著色力和遮蓋力
4. 較穩(wěn)定的顏料:有很好的耐熱性,耐化學性和耐光性。
碳黑技術(shù)工藝(生產(chǎn)方法)
全球碳黑生產(chǎn)工藝一般為爐法、接觸法(主要為槽法和無槽氣法)和熱解法。我們正在使用的是較重要也是較常用的生產(chǎn)工藝--爐法和氣法。
所謂爐法就是在密閉的反應(yīng)爐中,將液烴原料(一般是煤焦油)噴射到燃燒的熱空氣和天然氣中,在高溫下經(jīng)熱氧化而分解,所生成碳黑的性能可以通過猝熄火焰來控制。然后,使用過濾系統(tǒng)把產(chǎn)成的顏料碳黑從氣煙中分離出來。爐法的特點是原材料的選擇范圍很廣,且生產(chǎn)出的碳黑的性能多種多樣。
而氣法即無槽氣法,是從槽法改進而來的生產(chǎn)工藝。槽法是將固態(tài)烴(粗蒽)或液態(tài)烴(蒽油)經(jīng)氣化釜氣化后,和可燃性氣體(一般使用天然氣,也使用焦爐煤氣或水煤氣)混合后作為原料,由環(huán)形布置的管網(wǎng)送入火房在槽鋼下的火嘴中高溫燃燒并經(jīng)槽鋼冷卻面收集生成碳黑的工藝。無槽氣法即火房不設(shè)槽鋼冷卻面的改進工藝。這種工藝生產(chǎn)出來的顏料碳黑收率較爐法偏低,但原生粒子粒徑小,在黑度和著色力方面均有更好的表現(xiàn)。
碳黑的粉狀和粒狀
顏料碳黑有兩種表觀形態(tài):粉狀和粒狀。粉狀易分散但污染高并且性狀蓬松,流動性弱。粒狀碳黑揚塵小,體積較小更便于運輸,但同時分散性相對于粉狀較弱。
PowCarbon? and BeBlack?
為了有助于規(guī)范在全球范圍內(nèi)推廣我們的產(chǎn)品,我們注冊了自己的商標:PowCarbon? 為粉狀碳黑商標;BeBlack?為粒狀碳黑商標: 以方便區(qū)分我們不同形態(tài)的產(chǎn)品。
顏料碳黑的常識
粒徑:
顏料碳黑的原生粒子是由許多疊合層面所組成。在很大程度上,生產(chǎn)工藝決定其原生粒子的粒徑大小。在爐法生產(chǎn)的碳黑中,原生粒子粒徑的變化范圍較大:從10納米到80納米。原生粒子的平均粒徑和粒徑分布從根本上決定了顏料碳黑的性能,特別是其黑度和著色力。
結(jié)構(gòu) (吸油值)
顏料碳黑原生粒子并非以單獨地分離狀態(tài)存在。它們通過物理作用形成聚熔體和**體。爐黑的**程度可以通過工藝的變化來調(diào)整;而氣黑的**程度則很難調(diào)控。碳黑原始粒子的**程度通常被稱為“結(jié)構(gòu)”。高**度的碳黑被稱為高結(jié)構(gòu)碳黑,而低**度的碳黑則被稱為低結(jié)構(gòu)碳黑。 顏料碳黑所形成的附聚體則呈現(xiàn)出不規(guī)則碎片狀結(jié)構(gòu)。
碳黑的結(jié)構(gòu)可以用DBP(鄰苯二甲酸二丁酯)吸收值來測量。 根據(jù)經(jīng)驗,低結(jié)構(gòu)顏料碳黑中,每100g碳黑的DBP吸收值應(yīng)不高于70ml;而高結(jié)構(gòu)顏料碳黑中,每100g碳黑的DBP吸收值應(yīng)不低于110ml。中結(jié)構(gòu)碳黑則居于兩者之間。結(jié)構(gòu)對顏料碳黑應(yīng)用性有實質(zhì)性的影響。(吸油值的測量參照ASTM D-2414 標準或GB/T 10722-2003)
著色力
碳黑的著色力通常是用百分數(shù)的形式來表現(xiàn),可以通過使用黑度反射儀測量碳黑沖淡色漿得出的數(shù)據(jù)來衡量。根據(jù)工業(yè)標準操作,色漿為碳黑和鈦白
(或其他白色顏料如氧化鋅)及一定溶劑的混合物。
(著色力的測量參照 ASTM D-3849 或 GB/T7046-2003標準)
比表面積
炭黑比表面積是指單位質(zhì)量或單位體積內(nèi)炭黑粒子表面積的總和,單位為m2/g 。 比表面積與粒徑一樣是炭黑的基本性能之一。對表面光滑的炭黑來說,比表面積與粒徑成反比,即粒徑越小比表面積越大,反之亦然。所以,如把炭黑粒子假定為球形,可由粒徑的數(shù)據(jù)計算比表面積。橡膠用炭黑粒子表面一般是比較光滑的,無孔的。粒子較細的中超耐磨炭黑表面帶有少量微孔。色素炭黑由于生成條件或經(jīng)后處理,表面有一定程度氧化,粒子表面積大于相同粒徑的橡膠用炭黑。
炭黑的比表面積分為外比表面積(或稱光滑比表面積),內(nèi)比表面積(或稱孔隙內(nèi)比表面積)和總比表面積??偙缺砻娣e等于外比表面積和內(nèi)比表面積的總和。比表面積的測定方法很多,常用的有氮吸附法(BET法),吸碘值法,CTAB法(大分子吸附
法),t值法以及電子顯微鏡法等。
pH 值:
PH值和表面官能團數(shù)量有關(guān)。爐法碳黑表面官能團少,并存在少量的可溶性鹽,因此碳黑本身多呈中性或堿性。 為了改善碳黑的粘性,穩(wěn)定性以及流動性, 有些顏料碳黑可通過表面處理來改變表面官能團數(shù)量,從而呈酸性。