炭黑技术讲座——第2讲_炭黑的结构和性质
炭黑seantaPPT课件
碳黑試樣需知
• 配方: 1.色濃度 2.顏基比 3.分散劑/顏料比 • 工藝: 1.球磨(快手)或砂磨 2.研磨時間 • 實驗室對比或工廠實際結果:
40
炭黑色漿的合理設計
色濃度: - 高色素炭黑 (8-17nm) -- 6-8% - 中色素炭黑 (18-30nm) – 10% - 低色素炭黑(>30nm) – 10-15% 顏基比: - 高色素炭黑 – 1:4-1:6 - 中色素炭黑 – 1:3-1:4 - 低色素炭黑 – 1:2-1:3 分散劑用量:(對炭黑) - 高色素炭黑 – 0.5-1:1 - 中色素炭黑 – 0.5:1 - 低色素炭黑 – 0.3:1
17
炭黑的形态和微观结构
The Distinction Between Particle and Aggregate Size
Mean Particle Size ~ 8 to 100 nm
Mean Aggregate Size ~ 50 to 300 nm
最小可分散粒子(聚集体)
18
黑度与粒径
14
色素碳黑特性对涂料的影响
• 平均原生粒径
• 表面化学 • 结构
15
原生粒子(一次粒子) -- Particle
聚集体(二次粒子) -- Aggregate
附聚体(三次粒子) -- Agglomerate
Agglomerate Size 附聚体尺寸
Aggregate Size 聚集体尺寸
Primary Particle 基本颗粒
应用于某些特殊领域，不可取代。原 生粒子粒径大，分布广，不易凝团， 且相对填实密度高，黑度近似气黑法
热法 乙炔黑法
石油（油类） 通过热分解液态或气态的碳氢化合物
炭黑简介演示
采用先进的自动化控制系统，实现生产过程的智 能化和数字化管理。
资源循环利用
加强炭黑生产过程中的废弃物回收和资源再利用 ，降低生产成本。
新应用领域的开发
高性能材料
将炭黑应用于高性能复合材料、先进陶瓷等领域，拓展其在高端 制造业的应用。
新能源领域
探索炭黑在太阳能电池、锂离子电池等新能源领域的应用，推动清 洁能源的发展。
工艺流程
原料经过高温裂解，产生 炭黑蒸气，再经过急冷和 凝结成炭黑颗粒。
产品特点
热裂法炭黑具有高色素、 高纯度等特点，适用于制 造高级橡胶、塑料等产品 。
03
炭黑的应用领域
轮胎
轮胎是炭黑应用的主要领域之一，炭黑可以提高轮胎的耐磨性和抗疲劳性，延长 轮胎的使用寿命。
炭黑在轮胎制造中还起到增强胎面硬度和降低轮胎滚动阻力的作用，从而提高轮 胎的燃油经济性和行驶稳定性。
炭黑简介演示
汇报人： 2024-01-08
目录
• 炭黑定义与性质 • 炭黑的生产工艺 • 炭黑的应用领域 • 炭黑的市场现状与前景 • 炭黑的环保问题与对策 • 未来炭黑技术的发展趋势
01
炭黑定义与性质
定义
01
炭黑是一种由烃类物质不完全燃 烧或热裂解形成的黑色固体微粒 ，通常用作橡胶、塑料等高分子 材料的补强剂和填充剂。
橡胶制品
橡胶制品是炭黑应用的另一个重要领域，包括汽车零部件、 电线电缆、密封件、胶管等。
炭黑在橡胶制品中起到补强、增塑、填充等作用，提高制品 的力学性能、耐热性、耐油性、耐腐蚀性和电气性能。
油墨和涂料
油墨和涂料中添加炭黑可以改变颜色和遮盖力，同时提高 油墨和涂料的耐磨性、耐候性和耐化学腐蚀性。
炭黑的特殊结构和性能使其在高端油墨和涂料领域具有广 泛的应用前景。
炭黑的分子结构
炭黑的分子结构简介炭黑是一种由纳米级碳颗粒组成的黑色粉末，具有极高的比表面积和吸附能力。
它是一种重要的工业原料，在橡胶、塑料、墨水、油墨等领域有着广泛的应用。
炭黑的分子结构是由大量的碳原子组成的，具有一定的有序性和无定形性。
炭黑的组成炭黑主要由碳元素组成，通常含有少量的氢、氧、氮等杂质。
炭黑的纳米颗粒通常呈球形、链状或片状结构，直径一般在10到500纳米之间。
炭黑的比表面积非常大，可以达到几百到几千平方米每克，这是普通碳材料无法比拟的。
炭黑的制备炭黑的制备方法有很多种，其中最常用的是热解法和沉淀法。
热解法是将碳源物质在高温下分解生成炭黑，常用的碳源物质包括天然气、石油、煤等。
沉淀法是将碳源物质在溶液中沉淀出炭黑，常用的溶液有酸性溶液和碱性溶液。
炭黑的结构特点炭黑的结构特点主要体现在以下几个方面：1. 多孔结构炭黑由许多纳米级碳颗粒组成，这些颗粒之间存在着许多孔隙，形成了多孔结构。
这种多孔结构赋予了炭黑极大的比表面积和吸附能力，使其在催化剂、吸附剂等领域有着广泛的应用。
2. 硫醇基团炭黑表面通常含有一些硫醇基团，这些基团使炭黑具有良好的分散性和亲水性。
硫醇基团可以与其他物质发生化学反应，从而改变炭黑的性质和功能。
3. 石墨结构炭黑的纳米颗粒通常具有石墨晶体结构，即由层状的石墨片组成。
石墨结构赋予了炭黑良好的导电性和导热性，使其在电子材料、导电胶粘剂等领域有着广泛的应用。
4. 纳米级粒径炭黑的纳米级粒径使其具有很高的比表面积，每克炭黑的表面积可以达到几百到几千平方米。
这种高比表面积使炭黑具有很强的吸附能力和催化活性，广泛应用于吸附剂、催化剂等领域。
炭黑的应用炭黑由于其独特的结构和性质，在许多领域有着广泛的应用。
1. 橡胶工业炭黑是橡胶制品中的重要填充剂，能够增加橡胶的强度、耐磨性和耐候性。
炭黑还可以改善橡胶的加工性能和抗裂性能，广泛应用于轮胎、输送带、密封件等橡胶制品中。
2. 塑料工业炭黑可以增加塑料制品的强度、硬度和耐候性，改善其导电性和抗静电性能。
《炭黑补强机理》课件
炭黑在橡胶中的分 散
影响橡胶性能：炭黑分散不均匀会导致橡胶性能下降 影响加工性能：炭黑分散不均匀会导致橡胶加工困难 影响使用寿命：炭黑分散不均匀会导致橡胶使用寿命缩短 影响环保性能：炭黑分散不均匀会导致橡胶环保性能下降
炭黑在橡胶中的分散状态：炭黑在橡胶中的分散状态直接影响其补强效果
导电性：炭黑可以提高橡胶的导电性
提高橡胶的 耐磨性
增强橡胶的 抗老化性
改善橡胶的 抗撕裂性
提高橡胶的 导电性
硬质炭黑：提高橡胶的硬度和耐磨 性
半硬质炭黑：综合硬质和软质炭黑 的优点，提高橡胶的综合性能
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软质炭黑：提高橡胶的弹性和抗撕 裂性
特种炭黑：具有特殊的补强效果， 如导电性、磁性等
炭黑分散的影响因素：炭黑的粒径、表面活性、橡胶的粘度、温度等
炭黑分散的方法：机械搅拌、超声波分散、高速剪切等
炭黑分散的效果评价：通过观察炭黑在橡胶中的分散状态，以及测试橡胶的力学性 能等指标来评价炭黑分散的效果
提高炭黑表面活性：通过表面处理提高炭黑表面活性，使其更容易分散在橡胶中
控制炭黑粒径：选择合适的炭黑粒径，使其更容易分散在橡胶中 提高橡胶流动性：提高橡胶流动性，使其更容易与炭黑混合 加入分散剂：加入适当的分散剂，提高炭黑在橡胶中的分散效果
密度：相对密度为1.82.1
电导率：低电导率
光学性质：黑色，不透 明，有光泽
炭黑是一种无定形碳，具有高度分 散性和多孔性
石墨层之间通过范德华力相互连接， 形成三维网络结构
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炭黑的晶体结构主要由石墨层和碳 原子组成
炭黑技术讲座第2讲炭黑的结构和性质(续完)
炭黑技术讲座第2讲炭黑的结构和性质(续完)
李炳炎;于宝林;刘敏
【期刊名称】《橡胶工业》
【年(卷),期】2007(54)6
【摘要】@@ (接上期)rn4 物理性质rn4.1 密度rn炭黑的密度有两种,一种是真密度,即由组成炭黑的元素及结构(或晶体结构)确定,在没有特别说明的情况下,炭黑的密度指真密度;另一种是倾注密度或视密度,其随炭黑的加工条件变化而不同,需经常测定.视密度主要为工程设备以及包装、贮运等容器的容积计算提供依据.
【总页数】2页(P382-383)
【作者】李炳炎;于宝林;刘敏
【作者单位】中橡集团炭黑工业研究设计院,四川,自贡,643000;中橡集团炭黑工业研究设计院,四川,自贡,643000;中橡集团炭黑工业研究设计院,四川,自贡,643000【正文语种】中文
【中图分类】TQ127.1+1;TQ330.38+1
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炭黑及其改性
炭黑及其改性炭黑及其改性1 炭黑简介碳黑（CB），也称为炭黑，这是一种无定形的碳。
是一种很轻、松而且很细的黑色粉末。
它的表面积非常大，范围很广从10~3000m2/g。
这是由于在空气不足的条件下燃烧或者是受热分解而得的产物。
比重为 1.8-2.1。
通过天然气制成的称“气黑”，通过油类制成的称“灯黑”，通过乙炔制成的称“乙炔黑”。
除此外还有“槽黑”、通过炉法制得的炉黑。
按照炭黑的性能可以区分为补强炭黑、导电炭黑、耐磨炭黑等[8]。
（1）炭黑的形态炭黑的微观构造：炭黑粒子在微观结构中是具有微小的晶体结构的，在炭黑中，碳原子排列的方式和石墨很相似，碳原子会组成一个六角形的平面形状，炭黑原子的每个微晶体都是由三四个这样的层面组成的，但是因为炭黑微晶中，在平面上炭黑排列是有规律的，但是从相邻的碳层上看，炭黑的排列又是无序的。
所以又叫作准石墨晶体。
炭黑的粒径：炭黑的粒径范围是很大的，炭黑生产的工艺方法不同，得到的炭黑粒径就不同。
用灯黑生产这个工艺得到的产品相对而言是比较粗糙的，用气黑这个生产工艺生产出来的炭黑粒径是比较小的，相对而言是比较精细的。
用炉黑这种生产工艺方法生产出来的炭黑粒径分布的范围很大，几乎具有所有粒径的炭黑。
即使生产炭黑使用的工艺方法相同，它的粒子大小也并不是完全相同的，而是呈现出一个粒径的分布范围。
一般来说，炭黑粒子较细的品种，粒径的分布范围会比较窄。
（2）化学性质：炭黑表面的化学性质跟生产工艺有关。
生产炭黑的工艺方法不相同，炭黑表面的化学性质就不一样。
炭黑的真实表面积和计算出来的几何表面积并不相同，这是因为炭黑的表面存在着很多小孔，这种小孔大大增加了炭黑的表面积。
在炭黑表面，存在着很多种含氧基团。
这个理论的研究认为，随着炭黑填充量的增大，炭黑粒子的密度就会变大，炭黑粒子间相互接触的几率就会变大，这样一来，聚合物的导电性能也就会随之上升。
因为炭黑表面的含氧基团有很多是极性基团，随着炭黑含量的增加，聚合物的极性也会增加，这样一来就会导致聚合物的导电性能的下降。
炭黑培训课件
炭黑培训课件一、炭黑概述炭黑，又名碳黑，是一种无定形碳素材料，其粒子直径一般在10-100纳米之间。
炭黑主要由碳元素组成，还含有少量的氧、氢等元素。
炭黑是一种重要的工业原料，广泛应用于橡胶、塑料、油墨、涂料、电缆等行业。
炭黑的主要特性包括粒子的细度、结构、表面活性等。
二、炭黑的制备方法炭黑的制备方法主要有两种，即油炉法和炉法。
1.油炉法：油炉法是炭黑生产中应用最广泛的方法。
该法以石油、煤炭、天然气等烃类化合物为原料，在高温下进行不完全燃烧，炭黑。
油炉法炭黑的特点是粒子细小、结构高、比表面积大。
2.炉法：炉法炭黑是以煤炭、木材等固体燃料为原料，在缺氧条件下进行热解，炭黑。
炉法炭黑的特点是粒子较粗、结构较低、比表面积较小。
三、炭黑的性质与应用1.炭黑的性质炭黑的性质主要包括粒度、结构、比表面积、表面活性等。
（1）粒度：炭黑的粒度是指炭黑粒子的直径。
粒度越小，比表面积越大，活性越高。
炭黑的粒度分为细粒子、中粒子和粗粒子三种。
（2）结构：炭黑的结构是指炭黑粒子之间的聚集状态。
结构越高，炭黑的分散性越好，补强性能越强。
（3）比表面积：炭黑的比表面积是指单位质量炭黑粒子表面积的大小。
比表面积越大，炭黑的活性越高，补强性能越强。
（4）表面活性：炭黑的表面活性是指炭黑粒子表面的化学活性。
表面活性越高，炭黑与其他材料的相容性越好，补强性能越强。
2.炭黑的应用炭黑广泛应用于橡胶、塑料、油墨、涂料、电缆等行业。
炭黑在橡胶工业中的应用最为广泛，主要用作橡胶的补强剂和填料。
炭黑可以显著提高橡胶的强度、耐磨性和抗老化性能。
在塑料工业中，炭黑可以用作塑料的填料和防紫外线剂。
在油墨工业中，炭黑可以用作油墨的颜料和填料。
在涂料工业中，炭黑可以用作涂料的颜料和填料。
在电缆工业中，炭黑可以用作电缆的绝缘材料和导电材料。
四、炭黑的安全与环保炭黑生产过程中会产生一定的粉尘和废气，对环境和人体健康造成一定的影响。
因此，炭黑生产企业和使用炭黑的企业应采取相应的措施，确保炭黑的安全与环保。
炭黑的结构和性质大汇总
炭黑的结构和性质大汇总为什么黑墨在不同表面上表现出不同的性能？由于油墨是一种非常薄的膜，炭黑和载色剂往往会渗入多孔表面，从而允许更多的基体突出此薄膜。
与浆状油墨相比，这种效应在液体油墨中更为明显。
高结构炭黑往往比低结构炭黑渗入较少。
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。
炭黑的性质
炭黑的性质（四）炭黑的性质1、炭黑粒子大小和表面积炭黑的粒子大小通常以平均粒径或表面积表示。
橡胶用炭黑的粒径一般在11～500nm ，炭黑粒径越小（表面积越高），这种炭黑的补强性能就越高，所以炭黑的粒径或表面积是评价炭黑性能的主要指标之一。
2、炭黑的结构性指炭黑粒子连接成长链并熔结在一起而成为三度空间的聚集倾向，这种聚集体是在制造过程中由粒子与粒子间熔合在一起的，这些聚集体（一次结构）也可形成疏松的缔合物或称“二次结构”，其容易破坏，故称暂时结构。
测定炭黑结构通常是用单位重量炭黑中聚集体之间空隙总体积来评价，即测定填充这一空隙所需要的DBP 的体积数，此即炭黑的DBP 吸收值。
DBP 值越高，说明炭黑结构越高，胶料的粘度、定伸应力及硬度就会增加，加工性能改善。
3、炭黑化学组成及其性质炭黑由9099%的元素碳组成，其余有氢、氧及由其它组成的各种官能团，还有少量结合硫及其它杂质，其杂质包括硫、灰分、焦油和水。
炭黑中不同的组分对其性质及胶料性能均有影响，在选择及评价炭黑的适用性时，需综合考虑。
4、炭黑粒子表面粗糙度工业上可用炭黑内表面积与外表面积的比值来表示炭黑的粗糙度。
由于炭黑表面的微孔很小，以致橡胶分子难以进入，一般炉法炭黑的粗糙度要小于槽法炭黑。
橡胶用炭黑的表面粗糙度宁可光滑些，而不希望有微孔，这在炭黑的制造和应用上都有利。
（炭黑表面的微孔是否会形成橡胶成品的结构缺陷？进而影响使用性能及寿命？炭黑采购中的性质要求是否有这一项？）5、炭黑粒子的微观结构及其形态多数炭黑是由多个生长的同心取向石墨层组成一个最小单元，与单元一词相同的名称还有一次结构、聚集体、永久结构，说明这些成串粒子的不可分的整体性。
这一不可分的整体在平面和空间上均构成一定的形态，炭黑的这种形态大小对胶料加工性能及制品最终性能有明显影响，如硫化胶的滞后性和强度性能（撕裂强度、拉伸强度和耐磨性）随聚集体尺寸的减少而增加；而定伸应力则随聚集体不规整性增加而增加；压出膨胀随聚集体不规整性的增加而减少。
二零二三年优质公开课炭黑pptx
丁苯橡胶（SBR）
选择中等粒径、中等结构的炭黑，如 N660、N770等，以平衡SBR的强度、 耐磨性和加工性能。
配方设计原则与技巧
根据橡胶制品的性能 要求选择合适的炭黑 品种和用量。
通过实验确定最佳混 炼工艺和硫化条件， 以获得最佳的补强效 果。
注意炭黑与其他配合 剂（如增塑剂、防老 剂等）的相容性和相 互作用。
3
颜料填充作用机制 炭黑在涂料中起到颜料填充作用，通过填充涂层 中的空隙，提高涂层的致密性和机械强度。
油墨中炭黑分散稳定性研究
01
炭黑在油墨中的应用
炭黑是油墨中的重要颜料，用于提高油墨的遮盖力、着色力和印刷适性。
02
分散稳定性对油墨性能的影响
炭黑在油墨中的分散稳定性直接影响油墨的流动性、干燥性和印刷质量。
抗紫外线剂配合使用
与抗紫外线剂配合使用，进一步增强塑料的抗紫外线性能。
稳定性增强
通过添加炭黑，提高塑料的热稳定性和化学稳定性，以适应更恶 劣的环境条件。
案例分析：优化塑料产品性能
案例一
通过添加特定类型的炭黑，改善汽车保险杠的耐 候性和抗冲击性能。
案例二
在塑料管道中添加炭黑，提高管道的耐压强度和 耐腐蚀性。
THANKS
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反应过程
在高温和缺氧条件下，使 原料进行不完全燃烧或热 裂解反应，生成炭黑。
后处理
通过冷却、收集、筛分等 步骤，得到成品炭黑。
应用领域及市场需求
应用领域
炭黑广泛应用于橡胶、塑料、涂料、 油墨、化纤等领域，作为补强剂、填 充剂、着色剂等使用。
市场需求
随着橡胶、塑料等行业的快速发展，炭 黑市场需求不断增长。同时，环保要求 的提高也促使炭黑行业向绿色、低碳方 向发展。
炭黑的分子结构
炭黑的分子结构摘要：一、炭黑的定义与用途二、炭黑的分子结构1.炭黑的化学组成2.炭黑的微观结构三、炭黑的应用领域1.橡胶工业2.涂料工业3.塑料工业四、炭黑对环境的影响及可持续发展正文：炭黑（Carbon Black）是一种碳的同素异形体，它具有高度的化学稳定性和热稳定性。
炭黑主要用于橡胶、涂料、塑料等工业领域，作为一种黑色颜料和填料，可以改善这些材料的各种性能。
一、炭黑的定义与用途炭黑是由碳元素组成的，它是一种无定形碳，其分子结构与石墨和金刚石不同。
炭黑的主要用途是作为黑色颜料和填料，广泛应用于橡胶、涂料、塑料等工业领域。
此外，炭黑还具有很高的比表面积，可以用作催化剂、吸附剂等。
二、炭黑的分子结构1.炭黑的化学组成炭黑的化学组成主要包括碳元素和少量杂质，其中碳元素的含量通常在90% 以上。
炭黑中的杂质主要是氢、氧、氮、硫等元素，它们的存在会影响炭黑的性能。
2.炭黑的微观结构炭黑的微观结构是由无数个直径在10-30 纳米的碳原子组成的球状颗粒。
这些碳原子以共价键相互连接，形成了一个三维的网状结构。
由于这种结构中碳原子的排列无序，使得炭黑具有良好的热稳定性和化学稳定性。
三、炭黑的应用领域1.橡胶工业炭黑是橡胶工业中最重要的填料之一，它可以改善橡胶的强度、韧性、耐磨性和抗老化性能。
在轮胎、鞋底、橡胶管等橡胶制品中，炭黑都发挥着重要作用。
2.涂料工业在涂料工业中，炭黑主要用作黑色颜料，用于调制各种颜色的涂料。
炭黑的加入可以提高涂料的遮盖力、耐磨性和抗紫外线性能。
3.塑料工业炭黑在塑料工业中的应用也相当广泛。
它可以改善塑料的力学性能、耐磨性、耐老化性和颜色稳定性。
常见的塑料制品如塑料袋、塑料管、塑料鞋底等，都可以看到炭黑的身影。
四、炭黑对环境的影响及可持续发展炭黑生产过程中会产生一定量的有害气体和废水，对环境造成一定影响。
为了实现可持续发展，炭黑生产企业需要采取有效措施，降低生产过程中的污染排放，提高资源利用效率。
炭黑的化学性质
炭黑的化学性质
1碳黑的概念
碳黑是一种非晶状的碳，其形态可以是粉末，粒子，泡沫，柱状，板条等形状，它由一定量的碳原子组成，所以也可以称为碳结构材料。
这种材料具有高热导率，密度低，不收缩等特性，因此一般用于工业中。
2碳黑的结构和性质
碳黑是一种弹性体，碳簇的碳原子是键共价键连接而组成的，键长短不一，这使得碳簇之间有稳定性，形成稳定的体系。
由此也可以看出，碳黑有凝聚性。
同时，碳黑的结点对间隙距离比环烷或环烃的间隙距离要小，这使得碳黑的碳键更加紧密而牢固，使碳黑更具有韧性、弹性和机械性能。
3碳黑的化学性质
碳黑具有表面活性，允许与外部环境中的物质（气体或液体）容易混合，可以吸收其他物质，含水量较高，可以形成强的静电场，对外界的氧气加以影响，使其具有磁性、导电性和悬浮性。
另外，碳黑可以作为催化剂反应，影响外界氧气、一氧化碳等的吸收，也可以作为染料的媒介，传递电荷，并在光驱动的反应中发挥作用。
以上就是碳黑的化学性质，它以其优越的热导率及弹性性能，在工业和生活中有广泛应用。
此外，它还具有强大的改善物质特性的能力，为人们生活和工作提供了便利。
炭黑的分子结构
炭黑的分子结构炭黑是一种黑色的纳米材料，由大量碳元素组成。
它的分子结构具有独特的特点，对于理解炭黑的性质和应用有着重要的意义。
在本篇文章中，我将详细介绍炭黑的分子结构以及其在科学研究和工业应用中的重要性。
炭黑的分子结构和晶体结构是通过各种分析技术得到的。
传统的分析方法包括透射电子显微镜(TEM)、扫描电子显微镜(SEM)和X射线晶体衍射(XRD)等。
这些技术可以提供炭黑的形貌、粒径分布、晶体结构等信息。
根据这些分析结果，可以看出炭黑的分子结构具有独特的特点。
炭黑主要由碳元素组成，通常存在于球形或纤维状的形态。
碳原子以sp2混合方式形成蜂窝状的晶格结构，这种结构使得炭黑具有很高的表面积和吸附能力。
除了晶体结构，炭黑的分子结构也包括表面官能团。
由于炭黑表面的碳原子没有完全饱和键，因此具有许多未饱和的官能团，如羰基、羟基和酸基等。
这些官能团可以与其他分子进行物理或化学吸附。
这种表面官能团的存在使得炭黑在催化、吸附和分离等方面具有重要的应用价值。
炭黑的分子结构对其性质和应用具有重要的影响。
首先，炭黑的高比表面积和孔隙结构使其具有很强的吸附能力。
这使得炭黑可以作为吸附剂用于水处理、空气净化和废物处理等领域。
其次，炭黑的表面官能团可以与其他分子发生物理和化学反应，从而改变其表面性质。
这使得炭黑可以用作催化剂和催化剂载体，用于有机合成和环境保护。
此外，炭黑的分子结构还使其具有良好的导电性和光学性能。
炭黑可以导电，因为其特殊的晶体结构使电子在其表面上移动更加容易。
这使得炭黑在电子器件和能源存储领域有着广泛的应用。
此外，炭黑还具有良好的光学吸收和散射性能，使其成为染料、墨水和涂料等领域的重要材料。
炭黑的分子结构不仅对研究人员在科学研究中有重要意义，也对工业应用具有重要的指导作用。
了解炭黑的分子结构可以帮助科学家更好地设计和合成新型的炭黑材料，从而拓宽其应用领域。
此外，对炭黑的分子结构的研究还可以提高炭黑在工业生产中的利用效率，并减少对环境的污染。
炭黑培训课件
01
02
塑料工业
炭黑可以作为塑料的着色剂、紫外线 吸收剂和抗静电剂等，改善塑料制品 的外观和性能。
03
涂料工业
炭黑可以作为涂料的着色剂、防沉剂 和增稠剂等，提高涂料的遮盖力、耐 候性和装饰性等。
05
04
油墨工业
炭黑可以作为油墨的着色剂和调节剂 ，提高油墨的印刷适性和色泽鲜艳度 。
7
主要设备结构介绍
01
反应器、加热炉、冷却器、分离器等
设备维护保养计划制定
02
定期检查、清洗、更换易损件等
设备维修与故障排除方法
03
常见故障原因分析及处理措施
12
03
炭黑产品质量控制与分析 方法
2024/1/28
13
质量标准与检测方法
2024/1/28
炭黑质量标准
包括吸碘值、DBP吸收值、筛余 物、着色强度等指标，用于评价 炭黑的性能和质量。
2024/1/28
26
政策法规对行业影响解读
2024/1/28
01
环保政策
近年来，国家出台了一系列环保政策，对炭黑行业产生了深远影响。例
如，严格的大气污染防治法、水污染防治法等法规要求炭黑企业加强环
保治理，实现达标排放。
02
产业政策
国家鼓励炭黑行业向高端化、绿色化方向发展，推动产业结构优化升级
。相关产业政策包括鼓励企业采用先进技术、提高产品质量和附加值、
如聚乙烯、聚丙烯等，通常选择 粒径较大、结构较低的炭黑，以 降低成本并满足基本性能要求。
2024/1/28
工程塑料
如尼龙、聚碳酸酯等，需要选择粒 径较小、结构较高的炭黑，以提高 塑料制品的强度、耐磨性等性能。
炭黑简介演示
01
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原料：炉法可使用多种 碳氢化合物为原料，而 热裂解法对原料要求较 高。
能耗与排放：炉法能耗 较高，污染排放相对较 大；热裂解法能耗较低 ，但排放也不容忽视。
产品质量：炉法生产的 炭黑产品质量较高，适 用于高端市场；热裂解 法产品质量稍差，但可 满足中低端市场需求。
工艺成熟度：炉法工艺 较为成熟，应用广泛； 热裂解法工艺相对简单 ，但技术难度较大。
橡胶制品
炭黑是橡胶制品中的主要补强剂，能够提高橡胶 的强度、耐磨性和耐候性。
塑料
在塑料中加入炭黑可以提高塑料的导电性、抗静 电性和耐候性。
涂料和油墨
炭黑具有优异的染色性和遮盖力，可用于制造各 种涂料和油墨。
其他领域
包括印刷、造纸、化妆品等领域，炭黑也有广泛 的应用。例如，用作印刷油墨的颜料，提高纸张 的黑色度和光泽度，以及作为化妆品中的色素和 防晒剂等。
中亚洲市场份额最大。
竞争格局
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全球炭黑市场呈现集中化竞争格局，一些国际知名企业如卡博
特、大陆炭黑等主导市场。
中国炭黑市场现状及发展趋势
市场规模
中国炭黑市场规模不断扩大，成为全球最大的炭黑生产国和消费 国。
产业链结构
中国炭黑产业链完善，包括原材料供应、生产、加工、应用等环 节。
发展趋势
随着环保政策的日益严格和新能源汽车市场的崛起，中国炭黑市 场将朝着高品质、高性能、环保方向发展。
热裂解法制造炭黑
原理
热裂解法是在无氧或低氧环境 下，将烃类化合物加热至高温 ，使其发生裂解反应生成炭黑
。
工艺流程
原料经过预热、裂解、急速冷 却、分离等步骤，得到炭黑产 品。
优点
炭黑的结构和性质大汇总
炭黑的结构和性质大汇总为什么黑墨在不同表面上表现出不同的性能？由于油墨是一种非常薄的膜，炭黑和载色剂往往会渗入多孔表面，从而允许更多的基体突出此薄膜。
与浆状油墨相比，这种效应在液体油墨中更为明显。
高结构炭黑往往比低结构炭黑渗入较少。
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。
炭黑
性能：后处理气法碳黑
比表面积（BET）：280-350m2 /g；
PH值 : 2.0-3.
生产方法
炉法 槽法
热裂法 二氧化碳转化
炭黑由天然气或高芳烃油料在反应炉中经不完全燃烧或热解生成炭黑，此种炭黑称为炉黑，是炭黑品种中产 量最大、品种最多的一类。炉黑与槽黑及热裂黑的显著区别是，其粒子的熔结或聚结程度可根据不同用途来调节。 所以，同一粒径范围的炉黑，又分为若干不同结构的衍生品种。另外，炉黑的含氧量通常比槽黑低（少于1%）， 表面呈中性或弱碱性。炉黑生产的特点是，燃料在反应炉中燃烧，提供原料裂解所需的热量。燃烧和裂解过程同 时发生。根据所用原料形态的不同，炉黑生产可分为气炉法和油炉法两种。气炉法所用原料和燃料均是天然气。 油炉法的燃料可以是天然气、焦炉气，也可以是液态烃，原料则选用高芳烃油料，如乙烯焦油和蒽油等。在炉黑 生产工艺流程（见图）中，反应炉是核心设备。生产不同品种的炉黑需采用不同结构尺寸的反应炉。空气和燃料 在反应炉中燃烧，原料经雾化后喷入燃烧的火焰中，经高温热解生成炭黑。炭黑悬浮于燃余气中形成烟气。烟气 经急冷后送空气预热器、油预热器进一步降温，最后送入袋滤器，分离出的炭黑送到造粒机中造粒，然后在干燥 机中干燥。
以天然气、焦炉气或重质液态烃为原料，在无氧、无焰的情况下，经高温热解生成炭黑，称为热裂黑。它是 炭黑品种中比表面积最低的一类，基本上以单个球形粒子存在，不熔结或聚结成聚集体，其表面含氧量亦很少 （0.1%～0.3%）。热裂黑主要有三个品种：中热裂黑、不污染的中热裂黑和细热裂黑。中热裂黑的氮吸附比表面 积为6～10m2/g，细热裂黑则为10～15m2g。
安全术语
S26In case of contact with eyes, rinse immediately with plenty of water and seek medical advice.
炭黑技术讲座——第2讲 炭黑的结构和性质(续完)
炭黑的基本性质
I2 adsorption, mg/g
碘吸附值，
在碘和碘化钾溶液中碘的浓度 I2 concentration in solotion (I2+IK)
CB-MJW-GEN.ppt
比表面积的测定
氮吸附统计层厚度法 - ASTM D 6556
Q
Porous surface 有孔表面
0.7 nm 0.4 nm t
对于单点STSA而言，线性回归是在厚度从0.4到0.7 nm之间进行的，因此 STSA包括微孔直径大于1.4 nm内的表面积。
CB-MJW-GEN.ppt
CB-MJW-GEN.ppt
细粒子填料的应用特性
炭黑及气相法二氧化硅对橡胶的补强
未交联体系 粘度 挤出特性 硫化特性 交联材料 硬度和定伸应力 扯断强度和伸长率 抗撕裂强度 动态性能 耐磨性能 摩擦性能
炭黑在非橡胶制品中的应用
导电特性 着色特性 紫外光吸收性能
CB-MJW-GEN.ppt
纳米材料的特点
40 20 0
100 50
米其林胎翻修 Before first retreading (Michelin tire(欧洲) in Europe* 前里程
N234 50 50份 N234, phr
Gum 纯胶硫化胶
0 1940
Year 1950 1960 1970 1980 1990 2000
* F. Aufauvre, Intern. Polymer Sci. & Technol., 26, No. 9, T/20 (1999).
比表面积的测定
为什么要用STSA代替CTAB？
STSA 相对于CTAB的优点： 的优点：
外比表面积的测定更精确。 如有必要，可提供微孔分布的数据。 不受表面氧化的影响。 减少测定时间。 可与氮吸附比表面积同时测定，并给出微孔性的信息。 不需要准备特种化学试剂。
炭黑的种类——精选推荐
炭黑的种类、结构与性能发布日期：[2010-10-13] 作者：admin 来源：站内炭黑的种类、结构与性能炭黑是由烃类化合物经热分解而成的。
以脂肪烃为主要成分的天然气和以脂肪烃与芳香烃混合物为主要成分的重油均可作为制备炭黑的原料。
在热分解过程中，烃类化合物先形成碳的六元环，并进一步脱氢缩合形成多环式六角形网状结构层面。
这种层面3～5个重叠则成为晶子，大量晶子无规则的堆砌，就形成了炭黑的球形颗粒。
在制备过程中，炭黑的初级球形颗粒彼此凝聚，形成大小不等的二级链状聚集体，称为炭黑的结构。
链状聚集体越多，称为结构越高。
炭黑的结构因其制备方法和所用原料的不同而异。
炭黑的结构高低可用吸油值大小来衡量，吸油值定义为100克炭黑可吸收的亚麻子油的量。
在粒径相同的情况下，吸油值越大，表示结构越高。
炭黑以元素碳为主要成分，并结合少量的氢和氧，吸附少量的水分。
此外还含有少量硫、焦油、灰分等杂质。
炭黑中氢的含量一般为0.3％～0.7％，是由芳香族多环化合物缩合不完全剩余下的。
其中一部分以烯烃或烷烃的形式结合在晶子层面末端的碳原子上，另一部分则与氧结合形成官能团存在于颗粒表面上。
通常，结合在晶子层面末端碳原子上的氢愈少，炭黑的结构愈高。
氢的含量愈低，炭黑的导电性愈好。
炭黑中的氧是炭黑粒子与空气接触而自动氧化结合的。
其中大部分以CO2的形式吸附在颗粒表面上，少部分则以羟基、羧基、羰基、醌基和内酯基的形式结合在炭黑颗粒表面。
一定数量含氧基团的存在，有利于炭黑在聚合物中的分散，因此对聚合物的导电性有利。
炭黑的含氧量随制备方法不同而异，一般为1％～4%。
炭黑颗粒表面一般吸附有1%～3％的水分，其含量大小与炭黑的表面性质有关。
炭黑的比表面积愈大，氧的含量愈高，则水分吸附量愈大。
水分的存在虽有利于导电性能提高，但通常使电导率不稳定，故应严格控制。
炭黑的生产有许多种方法，因此品种繁多，性能各异。
若按生产方法分类，基本上可分为两大类：一类是接触法炭黑，包括天然气槽法炭黑、滚筒法炭黑、圆盘法炭黑、槽法混气炭黑、无槽混气炭黑等；另一类是炉法炭黑，包括气炉法炭黑、油炉法炭黑、油气炉法炭黑、热裂法炭黑、乙炔炭黑等。