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炭黑顏料的結構介紹

炭黑顏料的結構性是以炭黑粒子間聚成鏈狀或葡萄狀的程度來表示的。由凝聚體的尺寸、形態和每一凝聚體中的粒子數量構成的凝聚體組成的炭黑稱為高結構炭黑。目前常用吸油值表示結構性,吸油值越大,炭黑結構性越高,容易形成空間網絡通道,而且不易破壞。高結構炭黑顆粒細,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,其中在眾多炭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能賦予聚合物導電性,并用統計方法解釋這個現象。粒徑分布寬的炭黑,少數大直徑粒子需要數目巨大,直徑更小的粒子給予補償,相同平均粒徑分布寬的炭黑比分布窄的炭黑有更多的粒子總數。

炭黑.jpg

一、炭黑的形態結構

炭黑由炭組成,但通常被定為無機顏料類。炭黑是烴類經氣相不完全燃燒或熱烈解而成的黑色粉末狀物質。由于生產工藝的不同,通過不同的工藝條件可得到各種性質不同的產品。 

1) 炭黑的微觀構造

炭黑粒子具有微晶結構,在炭黑中,碳原子的排列方式類似于石墨,組成六角形平面,通常 3~5個這樣的層面組成一個微晶,由于炭黑微晶的每個石墨層面中,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

顏料炭黑的粒子細度可低至5nm,一般說來,炭黑粒子不是孤立存在的,而是多個粒子通過碳晶層互相穿插,形成鏈枝狀。不同生產工藝可得到粒徑范圍極廣的炭黑粒子,燈黑生產工藝得到的產品相對粗糙,而氣黑生產工藝可得到精細的產品。 用爐黑生產工藝可得到幾乎所有粒徑范圍的炭黑,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。一般來說,粒子較細的品種,粒徑分布較窄。

炭黑顏料.jpg

二、炭黑的表面化學結構 

炭黑的生產工藝不同,則表面的化學性能也有差別。大多數炭黑的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的炭黑表面存在許多微孔。 據分析,可在炭黑表面檢測如酚基、醌基、羧基等基團,這些酸性基團濃度在氣黑和氧化爐黑的表面特別高。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。揮發份含量可判斷表面官能團的濃度,也可測得炭黑的極性。另外由于炭黑的表面積較大,容易吸附揮發份環境中的水分,所以炭黑在運輸,貯存及使用過程中要特別注意吸濕問題。 大部分都是探討導電粒子接觸的幾何學研究。該理論認為,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越大,粒子間的平均距離越小,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,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,以致導電性差。 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,填充炭黑會產生偏析現象,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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