炭黑分散

状和遗粒状两种。重Байду номын сангаас的蹙 应当根据可镁 剥 甩的分 散设 备娄型使 用正确形 状的蓑 酪
造粒炭燕并非适 用于箭有各装分散设备 作 为一般指 南 可参考 见表 １。 袅 ｌ
设 备
优 选 形 状
粉 末
造 棱
斑 怡里密蠊瓴 二辊窘 挤塑 机 三 辊磨 锕 球磨 礞 磨机 盘式分散机 砂 ／丸磨机
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０．孺 摁
在此拽 ｆｆ １再次提及分散过程 的第 一阶段 ，即混入阶段。在塑料 和藕态镑辩 中情况 ：备 不丰目同 ．抟ｌ｛｝］得 好别 予以讨论 。
！．塑制 炭黑经常与辩 聪和其它添招剂于混 ，以逃副均匀妁分布 ，然后再塌挤出榄 二辊磨 或其它设 备分散 。姆条潞合机 咬强 力混炼机 可用来达到所镉 的 颈混”技累 双漂秆混 练机 或类似设 备有 时可省赂 颈混过程 怛是仍然需要非常精确的祢重设备和 铡量设 备 ， 以确保 成份准确 ． ２．蘸 态镑辩 用一台高速盘式分 散机 混合 一种适 当配制的基料 以攫在三辊磨 、砂骞机 、球瘩机 或其 它设 蔷中将其 锚蔷成分 散穰 。球磨桃 的主要优 点之一是不需 要穗混 。 Ｖ．分 散设 备舶选择
… ｆ／ 一
粥 ． ＿ ， ’ 耕 。
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炭 黑 分 散
卡博特公司技术 中心
Ｉ．前言
译
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卡博特公司特种炭黑部 作为全世界所有工业用炭曩冉皇主要供应蠢寒一认讽獭 晕 有责任帮助工业技术人员和生产人员最有敢地将炭曩用于其特定产品中·落肆披杏擎薰 助的关键每分是将擞曩溉入各种备样莲接料或树詹料中的技术诀窍·蕾释黄－ｌ！各端蠢辫 和使用不同的设鲁将炭曩正确地分散列指定的物科中，这对炭曩晕终甩户来谱晕ｌ
在液态料 中使用高炭黑浓度能研磨墓科 （母斟 ）存在需要调稀 的 问艇 ，在疆蔼墓 和 谪稀连接料对 要特别 当心 ，以免粘度 、温度和溶解能力产生太大 的德整 。这些俏整 垒
促 进絮凝作用 调稀连接辩承加副基料 中时妥精心操作 在恒 定搅拌作 用下少量藏孤 Ｂ．炭黑的物溪芬 城 在选 择适 合指定用恐的嶷黑最种 之后．宣 毒指 出 ，市鲁 的同 一盛姊炭黑＿ 常常涛耪米
Ｂ．结构 影响炭黑分数的勇一关鹱特性是原生聚集体 的形态 ，工业上称 之为 结构 。射由 许 多原 生粒 子组 成的原生 聚集体表征的 、有大量链校结构的炭黑称为 高结构炭黑 ． 如 图 ２所示 ｃ 根 据结构程度 可确 定原生聚集体之 同及其周 围的可用空隙量 。 该空馥是由聚笋 堆积 度 引起 的。高结构炭 黑空 隙相 当大 ，因而两相似 比表面积 的低结构炭黑相 比， 每单位重量吸附的油更多 ，因为较松 散的聚集体堆积不 紧密 。随着结构升高 ，这表现为 配音料 的粘度 更商，硬度 更大 。 堆积现象直接ｌ影咱到分数的难荔程度 。倒 如 ，慨结 构炭黑堆积得较紧 ，从 而使 聚集 体之 掏的距离更小 ，因此碾 力更大 使得更 难分散。然而 ，虽然低 结构炭黑 因密度较 大将 其分散均匀需要更太的能量 ，但 由于需清除的吸留空气更少 ，因而 更害 易 润温 玻掺 疆。 ｃ．表面化学性质 所 有擞黑在其 表面上有含 氧官能团 （如 ：羧基 、疆摹 、内醋基和 酚基） ，其台量随 生产案件而变化 。工业上这类 表面 官鸵 团统称 为挥发份 ，并表示为 鬓黑试样 加热至 ｑ ０ ℃后碱 重酉分 比 （Ａ ｓ ＴＭＤ １ ６ ２ ０— ６ ０）。有 些炭黑具有特 意氧化的表面 。 一般 是作 各种氧化ｊｆＩ进行后 处理 以增加其挥 发ｌ份，固此可 以保证液态料 中高填充量获得令 人 满意的流变性。 液态物科 中商挥发伢 的勇一个有 益的作用是 能提 高分数 性和分散稳定髓 。古 氧官 毖圃在改蔷炭黑的满证特 性过程 中起 到表 面活 性荆作 用。 在许 多物料体系 中，与低挥发份炭黑相 比 ，在其它特性相似的情况下高挥 发毋 炭黑 显示 出优越的分彀性 。 Ｄ 。密 度 对于要柞适当 处理 的擞黑而言 需要将其不合实 用要求 的原有密度提高 。致密过程 包括通过搅拌 （干撞玻是在水浆中搅拌）而除去暖留空气。当采用旋转捷拌时，最终形 威球形顿粒 班球 技 。因此市售 炭黑是呈氍 密度粉 末状城造 被 状。
控翻 因素 。
Ａ．粒 弪 ／比寰面积
炭曩的碌生粒子直弪在很大程度上决定其分敢性。其厢因晕墙表藤视声聋彳謦曝 虽然原生粒子已垮合成原生聚集体 但其比表面积仍是一种主舞的因囊。厚鸯齄季蘑期
原生聚集体中所显现的霹有比表面积越高 因此薅ｃ生粒子幸ｌＩ期的豢曩 珥壮章擞黛ｉ｜蔓 分散。其原因是比表面积越太 赠所需的 滑涩 能越高 另一重要曲镩察最 鸯 ｌ手 （也即是聚集体）越细 剿在一定体积的分散介质内 每霉量摹位炭ｊ曩内燎囊寮棒藏擘
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度｛ｌ百论 ，最好擞蒜的高澈度 妥 与设 备极限适应 。 ３．液态物料 液态物辩 与塑料有 两个 重要的不 同之处 。第一 ，由于设备性 质不同 ，强合静递 肇较
低 。其次 ，澍聚体在 液态物 料中的流动 性好褥多 ，因而更 难保 持分 散的穗定性 。在配聪 研 窘基料 时 ，重要 的是 ，要有 足够 的琏接料 ．以确保完垒 稿温炭黑的表 面。如果表面话ｊ 性；ｆ４的浓度很 高 ，足以与炭黑比表面积相适应 ，划 对分 散很 有帮助。在液态转教体 中；， 研磨基料中炭黑与连 接料 之比驳决于炭黑比表 藤稂 ，其 变化 范匿为 ｌ：５— １：ｌ 袭 ‘ 面活性剂的使灞浓度 取捷于炭黑静表面授辅连接料性魔 。
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Ⅳ．分 散体的 备 在本节 中褫 述为确保 最佳分散 丽采取 的重要步豌 。虽 然每 一步骤是分别论 述的 但 应当记住在宴 际应 用 中 必颁采敷 与规定条件相话 应的寰际措麓束 统一这些步骤 。甜如 在生产过程 中 ．设 备的可用往常常受到限割 、连接糖蛀 质是 蔼定能、各种或本 因奏也稂 嗣 了炭 黑品种 的选择 等等 ，因此往往 要尽 量使 每 一阶段达 到疆佳被果 ，以便获 得最苣 的 综合 结果 。 Ａ ．配 方 毫无疑 同 ．含 炭黑的产 品妁配方窖强熟地影响达到 令人蒲意分散效果晌舷力 。当然 置己方的综台特 性 ，元论 是塑料 、油墨 、豫 ，逐蓬 使瑁炭蒜的任侮 其它产晶 ，薄玻溲 于 最终舶使 得要求 ，但 是 ，某些 因素 ，诸如 炭 黑品种 、炭黑用量 、研 磨基羊年配方 或裘 面活 性村的选 择舒可变化 １．炭黑 品种的选择 从第 １Ｉ节中对分 散链有 髟响的炭 黑特 性的论述 可觅 应谤选择其 表面积 尽量小 、结 构尽霆 高的这样 一粪炭 黑 ，但 其颜 色 、导 电性 、漉变憧和其 它特性应 与成品要求相符 。 在 炭黑用量较高的液态料 的场合 经后处理 的炭黑 品种有助于 控铷藏变 性 ２．塑料 播混物 从 炭黑 品种 选择和填充量 的理 点采看 ，塑料 配方 的变化 ，取 决 于炭黑是否但 用作着 色 捐 一是否还要发挥特 殊 的导 电性或紫外线霹 蔽性 。对于着色作 用而言 应遘 择比表面 积 最低 、结构 最高的炭 黑。该炭 黑品种要 与所 要求 的塑辩舶冁色和硬 度相适应 。用 于导 毫彝屏 蔽紫外线对 ，炭 黑的选择范 围一般 限制在专用 品种范 围内 （倒如 有特 定的 比表面 氍 ．结构和孔 隙事 ）。一般 来讲 ， 目前尚未发现能 明显 增强 炭黑在塑料中分 数柞 用的表 葺牾性莉 因而表面 活性糟在 炭黑分散领域应用证不广 泛。 寰黑用量可能是获得 良好分散效果 的茭键 因素 成品中的炭黑浓度一般由庄甩甓求 Ｉ蜘 着 色 （光学 性）、导电、屏蔽 紫外 线］所需 的炭 黑甩蠹所 决定。实践证明 ，在塑 冀●劈教炭 黑时采甩母料 法是有利的 塑辩 工业中中所用的 母辩 只币过是 一种 色素承度 ■ 乌鼻的树脂 。这种 母料的浓度 可以降抵 以适应 最终的使 掰 要求 其 它困索相 同时 ， 母并卞戋纂甩量较高会产生更好的分散被渠 其原盈可能是熔 融粘疫 和混合能 增大 扎 井 逆可蠢 墨由于｛舞台 教率要高而使 炭黑时聚律浓度增大 ，因此在 配镧 母料 时 ，就熔 融粘
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造粒过程 中有时添少量的粘合 舸以改善颗粒坚牢度 。使 其具有最佳批量处理特 性。 由卡搏特 公司最 先研究 出的另一种变通作法是 ：在造粒 过程 中添加一种矿钧 油。谈 方法 能制造在某些液态体 系 （如新 闻墨 ）中显示优越分散性的软质建润颗粒 。要靛据分 散设 备类壁来选择在指定物科 中分散的粉 状炭黑或造粒炭黑 ． 有 羌这方面的进一步论述 鼋『参 阅本文的下述有关 内容 。
炭曩是通过热襄或热解轻原料雨生产的粒状工业破。目１Ｉ｜鼍常用的生产青ｊ謇ｌ晕ｉ毒势 法。其步募包括ｔ将石油馏份雾化喷入瑗热的密闭反应妒中 奠后冷却和收赛掌黛真的啭
聚集体 。这种方 法教 章高 ，并健很精确 地控 材炭曩的理化特１生·
电子显擞售检测表瞬，炭曩是由原生聚集律组硪的 谤聚集体耀枣蝽套地舞 胡隧 ， 粒子团 ［图 ｌ（略）］ 原生聚集体的大小种形状以及朋《生粒子葺径 决窜赛ｌ肇，Ｉ簟
Ⅲ ．炭黑最佳分散 的标准 为了更好地理群炭 黑分 救过程 对炭黑分散 下一定义是十分有益 的。嶷熏达 到量隹 分散的状态是 ：全 部酣聚集体磷辞硪琢生聚集体 ，各 个聚集体 之 闻互相 分膏 ，葡旦 ：个 聚集件的表面完全 被连 接科 或树脂所 覆盏。特别应 当指 出的是 ，原 生聚集体 是炭然的特 征单元 ，在正常的分散 条件下不 会再 破碎 。达到 此种 蹑佳 状态的过程据认为 涉爰 以下几 个 阶 段 Ａ ．滤 入 （润 温 ） 迓一 阶段包括连接料 （无论是树 骆溶液还是 流动塑辩 ）对嵌黑的 满湿 作 用·款 本质 上讲 ，这 意味着排 除吸留空气并且用莲 接料 完全覆盏附聚集体 表面，以获得 一种可 加工 的分散溉合物 。这 一分 数阶段通常称 为硬混 （特鄹是在液态分靛体的场音 ）。 Ｂ．＿黄粒碎 裘 在使甩造粒炭 黑的场合 ，上述混 入阶 段比较容 易达到 ，因为 正常情况下曩独碳辞不 完全 ，从 而使得连 接料 只匏滑涩非常太 的附泉体 因此 ，在 理强 阶段 之后 ，要增栩靛量 才能达到 完全破碎 ＿ 粒 的 目的。 ｃ＋群 酣聚 这 是一个 最鬟要、且耗能 最多 的阶嚣 。其 目的是尽可能地 接近所有 附集体破碎 成原生聚集 体这 样的最佳 状态 。必 须使 用足够的能量才艟克服 聚集 河的碾 ｇｆ力。在以 ｆ有 羌部分 中将论述 炭黑品种 选择 、连 接辩 特性 、分数设备和 研瘩基料 配方 ， 阻及它ｆｆＪ对达到最佳分散能力的影响 。 Ｄ，连接辩 的蹶附 在选一阶段 每 一个被分开的琢生聚集体 必须有效地 吸甜莲接科 （该连接料为树磨 溶液或为流动性热塑树艏 ） 以便全部将其表藤覆盖 进而稳定谖分散体 在许多液态 料 中 有时使甩 镧 温”剂或表面活性卉鼍促进 这一过程 。该润湿荆 或表 面活性捌有助于 可供利 用的炭黑表面失去 活性 ，并防止重新附鬟 。