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好学近乎知,力行近乎仁,知耻近乎勇。——《中庸》
炭黑的基本常识
一,什么是炭黑?
产品分册:“碳黑是碳(主要为石油衍生物)经过不完全燃烧形成的精细粉末状的准石墨结构物质,表观呈纯黑色粉或者
粒状。碳黑(无机颜料)不溶于水;有酸碱性之分,燃烧后产生二氧化碳。碳黑的主要成分是碳,同时包含微量氢,氧,硫(含
硫量),灰份(灰分),焦油(甲苯透光率)和水份(加热减量)。”
为了准确把握这一概念,可参看下图和所附电镜照片:
碳元素——→准石墨结构——→聚集体——→附聚体——→粒状炭黑
(原粉)生
(一次结构)(二次结构)
←(纳米nm)∣(微米μm)→
依靠范德华力(分子间作用力),一次结构的炭黑聚集体会附聚成附聚体(又称二次结构)。在涂料、油墨或塑胶中,在
外力的作用下,炭黑的二次结构变成一次结构,分布在体系中。
而粒状炭黑是为了满足储存、运输、防止污染的需要,经过湿法或干法造粒而生成的粒径更大的炭黑颗粒。
二.什么是颜料碳黑?
据2005年统计数据显示,碳黑的全球年产量接近800万吨,其中90%以上为橡胶碳黑,用于橡胶补强用途和汽车轮胎;只
有大约10%作为色素用于油墨,塑胶和涂料,称为颜料碳黑(pigmentcarbonblack),色素碳黑(coloringcarbonblack)或
者特种碳黑(specialcarbonblack)。最稳定的颜料:有很好的耐热性,耐化学性和耐光性。
三.碳黑的用途
炭黑具有优良的着色(coloring)、导电(conductive)或抗静电(antistatic)以及紫外线吸收(UVabsorption)的功能,因此炭黑
可以作为橡胶(rubber),轮胎(tyre)等工业中的填充剂,涂料、油墨、塑料、化纤、皮革等工业的着色剂,以及导电剂、抗
静电剂、紫外光屏蔽剂等被广泛应用。
四,碳黑技术工艺(生产方法)
全球碳黑生产工艺一般为炉法、接触法(主要为槽法和无槽气法)和热解法。我们正在使用的是最重要也是最常用的生
产工艺--炉法和气法。
所谓炉法(油炉法和气炉法)就是在密闭的反应炉中,将液烃原料(一般是煤焦油)喷射到燃烧的热空气和天然气中,在
高温下经热氧化而分解,所生成碳黑的性能可以通过猝熄火焰来控制。然后,使用过滤系统把产成的颜料碳黑从气烟中分离
出来。炉法的特点是原材料的选择范围很广,且生产出的碳黑的性能多种多样。产品一般为碱性。得率高,一般均是万吨级。
举例著名的炭黑生产商(国际,国内)
而气法即无槽气法,是从槽法改进而来的生产工艺。槽法是将固态烃(粗蒽)或液态烃(蒽油)经气化釜气化后,和可
好学近乎知,力行近乎仁,知耻近乎勇。——《中庸》
燃性气体(一般使用天然气,也使用焦炉煤气或水煤气)混合后作为原料,由环形布置的管网送入火房在槽钢下的火嘴中高
温燃烧并经槽钢冷却面收集生成碳黑的工艺。无槽气法即火房不设槽钢冷却面的改进工艺。这种工艺生产出来的颜料碳黑收
率较炉法偏低,但原生粒子粒径小,在黑度和着色力方面均有更好的表现。气法炭黑一般为酸性产品。产量小。
滚筒炭黑是从传统槽法改进而来的接触法生产工艺。槽法炭黑是用往复运动的槽钢作为冷却面来收集生成碳黑的,滚筒
炭黑的火焰接触面是回转运动的内通冷水的圆筒。混合原料气的燃烧火焰,与回转滚筒接触,炭黑沉积在筒面上。不断被刮
刀刮下,经螺旋输送机送出火房,进入风送系统回收造粒。与无槽气法相比,滚筒炭黑对燃烧的火焰具有更多的控制手段。
气法炭黑生产商使用的生产方式分类。
各类生产方式的区分。
五,炭黑聚集体的存在状态,及其对各种应用性质的影响。
炭黑聚集体的基本存在状态有三种:
1,粒径。
颜料碳黑的原生粒子是由许多叠合层面所组成。在很大程度上,生产工艺决定其原生粒子的粒径大小。在炉法生产的碳
黑中,原生粒子粒径的变化范围最大:从10纳米到80纳米。原生粒子的平均粒径和粒径分布从根本上决定了颜料碳黑的性
能。
“粒径”的大小是指在不考虑结构和表面活性的情况下的大小。如图7:
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