碳黑的基本結構與化學性質

作者：進口顏料-精顏化工日期： 2024-11-27 點擊量：文字大小：大中小

碳黑的基本結構是以碳黑粒子之間集聚成鏈狀或葡萄狀形狀表示的，由凝聚體形成的尺寸、形態和粒子構成的凝聚體組成的炭黑稱為高結構碳黑，目前常用吸油值表示結構性，吸油值越大，碳黑結構性越高，更加容易形成空間網絡通道，并且不容易破壞。高結構碳黑的顆粒較細，網狀鏈堆積緊密，比表面積大，單位質量顆粒多，有利于在聚合物中形成鏈式導電結構。其中在眾多碳黑品種中以乙炔炭黑為最佳，粒徑分布寬的炭黑粒子比分布窄的炭黑粒子更具有導電性。

一、碳黑的基本結構

1.碳黑的微觀構造

碳黑粒子屬于微晶結構，在炭黑中，碳原子的排列方式與石墨十分相似，是由六角形組成的平面，通常由3~5個這樣的平面組成一個微晶。炭黑中的微晶每個石墨層面中，碳原子的排列是有序的，而相鄰層面間碳原子的排列又是無序的，所以又叫準石墨晶體。

2.炭黑的粒徑

炭黑的粒子可低至5nm細度，通常炭黑粒子不是孤立存在的，而是由多個粒子通過碳晶層互相穿插，形成鏈枝狀。不同生產方法生產的炭黑粒子的粒徑范圍極廣的，燈黑生產得到的產品相對粗糙，而氣黑生產的的產品相對精細。

用爐黑生產工藝得到的炭黑幾乎所有粒徑范圍相同，同一品種的炭黑，其粒子大小并不完全相同，呈現一個粒徑分布范圍，通常粒子較細的品種，粒徑分布都比較窄。

二、碳黑的化學性質

碳黑的生產工藝不同，則表面的化學性質也是有所差別的。大多數炭黑真實表面積大于由粒徑計算出的幾何表面積，這是由于炭黑特別是粒徑小于25nm的炭黑表面存在著許多微孔，導致大多數炭黑真實表面積較大。

據分析，在碳黑的表面檢測到酚基、醌基、羧基等一些基團，這些酸性基團在氣黑和氧化爐黑的表面濃度特別的高，在爐黑中可檢測到吡喃酮結構，這種結構決定了爐黑的堿性性質。揮發其含量可判斷表面官能基的濃度，也可測到炭黑的極性。另外由于炭黑的表面積較大，容易吸附揮發環境中的水分，所以炭黑在運輸、貯存以及使用過程中要特別注意吸濕問題。

大部分探討導電粒子接觸幾何的研究理論認為，炭黑填充量越大，處于分散狀態的炭黑粒子或炭黑粒子集合體的密度也就越大，粒子之間的平均距離越小，相互接觸的幾率越高，炭黑粒子或炭黑粒子集合體形成的導電通路也越多。

不同極性的高聚物與炭黑組成共混體系的極性越大，炭黑臨界體積分數就越大，這就意味著體系的導電性下降，因為炭黑表面含有很強的極性基團，基體極性大，作用增強，這時強度增加，卻妨礙導電粒子自身的凝集，以導致導電性變差。

但是在多組分基體樹脂與炭黑組成的共混體系中，由于不同基體的極性不同，填充碳黑會產生偏析現象，這時導電性能取決于炭黑粒子在偏析相中的濃度和分布狀態，還取決于偏析相高聚物所占比例。

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