黑色颜料

⑴炭黑

炭黑是无定形碳的一种黑色粉末。炭黑表面积很大。主要成分是元素碳，并含有少量的氧和硫等。炭黑的颗粒性质与一般的颜料的颗粒性质有很大的不同，如炭黑粒子表面的微观结构、粒子粒径和比表面积、粒子的表面形态和表面性质等，炭黑表现出的颜料性质和一般的颜料有较大的区别。炭黑主要用于橡胶行业，只有约10%的炭黑作为色素炭黑用于涂料、塑料、油墨和造纸工业中。炭黑的分类方法比较混乱，除作为橡胶等用途的炭黑品种以外，作为色素炭黑的分类，从生产方法方面分类可分为槽法炭黑、炉法炭黑和热裂法炭黑三种,随着技术的进步，一些炉法炭黑也能够达到槽法炭黑的质量水平而作为色素炭黑使用；从着色力或黑度方面分类可分为高色素炭黑、中色素炭黑和低色素炭黑三种，不同的生产方法所制造炭黑产品的性质、性能和成本（价格）有很大的差别。炭黑的应用范围主要依其粒径而决定，生产方法的不同炭黑的粒径范围也不同，见图4-1

一般来说，炭黑的粒径越细，则着色力越强，遮盖力越好，黑度也越高。对于相同粒径的炭黑来讲，结构高的或高结构的单元频数大的炭黑表现的黑度、遮盖力和着色力较高。作为色素炭黑，从分散性的角度考虑，结构低的炭黑对涂膜的光泽和流平没有影响。炭黑的结构越高，聚集体的形状越不规则。炭黑结构的高低与其生产方法工艺控制有很大的关系，热裂法炭黑的结构很低或没有结构（粒子以单个形式存在）；槽法炭黑结构较低，仅3～5个粒子熔接在一起；炉法炭黑的结构较高，十几个或几十个粒子熔接在一起形成发达的链枝状聚集体。

炭黑是烃类不完全燃烧生成的颗粒，加上炭黑粒子很细微，因此在炭黑粒子的表面还结合有酚基、醌基、羧基和内酯基等含氧基团，这些含氧官能团影响着炭黑表面的PH值。含氧官能团多的，槽法炭黑，表面呈酸性（PH值在3～5）；含氧官能团少的，炉法炭黑，表

面呈中性或微碱性（PH值≥7）。PH值影响色素炭黑的分散性,并影响涂膜表面的光泽和流平。碳黑粒子表面的极性，特别是氧化后的炭黑极性增加（虽然增加了分散性），吸湿性也大大增加，会影响粉末涂料的储存稳定性。色素炭黑的分类和粒径规定及炭黑对涂料性能的影响见表见表4-3和表4-4及表4-5.

4-3 色素用炭黑分类

名称国际通用代码

高色素槽黑HCC

高色素炉黑HCF

中色素槽黑MCC

中色素炉黑MCF

低色素炉黑* LCF

*由于低色素碳黑的范围过宽，也可以分为两类，即普通色素炉黑（RCF）粒径范围28～40nm；低色素炉黑（LCF）粒径范围41～70nm。

表4-4 色素炭黑粒径规定表

炭黑类型粒径范围/nm 黑度指数* 表面及范围/

（㎡/g）HCC 10～14260～1881100～695

MCC 15～27175～150275～115

MCF 17～27173～150235～100

LCF 28～70130～6065～20

表4-5 炭黑对涂料性能的影响

一、当粒径减小或表面积增大时 黑度 增加 光的吸收更多，反射更少，使人觉得更黑 粘度 增加 基料需要量较多，自由流动的基料量减少 分散性 降低 粒子间引力增大，需要更多的能量破坏附聚体 光泽

降低 较高的基料需要量，涂层中共光反射的基料量减少

二、当炭黑结构增大时 黑度 降低 纤维状聚集体增多，相当于较粗粒子的效果 粘度 增加 基料需要量较多，自由流动的基料量减少 分散性 增加 由于粘度的增加，产生更大的剪切力破坏附聚体 光泽

降低 基料需要量增加，涂层表面上自由基料减少

三、当炭黑表面酸度增加时 黑度 增加 降低 增加 增加

粘度 分散性 光泽

设计配方应依据不同黑度的涂料选择相应粒径的炭黑，粉末涂料加工时螺杆挤出分散性差，一般选用分散性好、对涂膜流平好的表面PH 值较低的炭黑。 ⑵氧化铁黑

氧化铁黑简称铁黑，分子式Fe 3O 4或Fe 2O 3·FeO ，化学名称：四氧化三铁，相对密度4.73，遮盖力和着色力都很高，对光和大气的作

对于大多数基料而言，表面酸度增加，相当于加入一种有效的分散润湿剂，颜料被基料润湿的阻力得以降低，有助于基料渗透到颜料粒子簇中去

用十分稳定，不溶于碱，微溶于稀酸，在浓酸中完全溶解，耐热性较差，在较高的温度下生成红色的氧化铁，在200℃时转变为γ- Fe2O3，在300℃以上则转变为 -Fe2O3。因此，氧化铁黑在粉末涂料中很少使用。