名称：炭黑 CAS# ：1333-86-4
几学式:碳 - 「官能团：OH,COOH,SO3,ONa
化学组成:碳95%~99%
痕量元素:Zn,Ni,Ba,Si,Fe,Cr,Mg,Al,V,Ca,Sr.Na,K,S
物理性质
密度/(g/cm3)：】.' 1.9
化学性质
耐化学性;与氧化剂反应
水分/%2.12~2 挥发分~ 11 灰分/%：0.02~3
水悬浮液pH：2~8 水溶性/%:不溶 离子总量/沖m: 50
续表
光学性质
着色强度/%ITRB：41 ~ 164 Jetmess 指数：65-99
形态
粒子尺寸/nm：14-250 比表面积/（m2/g）：7-560
CTAB 表面积/(m2/g)：29- 128 碘值/(g/kg) : 19 - 151 甲苯脱色/%:75~85
筛析:325目筛余量0.002% -0.1% DRP 吸收量/(g/100g)：44 - 192
海格曼细度：2~7
生产厂商和商标名称：
Cabot Corporatiwi, Waltham, Mass, USA
生产各种牌号的炭黑。各种不同应用的产品牌号如下：
塑:Monarch,Mogul,Regal, Vulcan, Elftex,Black Pearls（按应用分为着色、电阻塑料、导电塑料、UV防护、分散、暗色调、 低成本）
印刷油墨:Mogul,Regal,Elftex,Sterling, Black Pearls（按流动、颜色、新闻油墨、糊状油墨、液体油墨、印刷方法、印刷材料 的最终应用分类）
电力电缆：Vulcan
电线电缆:3000系列Black Pearls
溶剂型涂料:Empemr（表面改性炭黑）
FDA 许可:Black Pearls
细旦纤维：Black Pearls
UV稳定炭黑:Elftex, Vulcan,Mogul,Regal,Black Pearls
高色彩炭黑:Moiarch（松软）,Black Pearts（小球）
Cancarb Ltd.,Medicine Hat, Alberta,Canada
Thermax, Ultra-Pure N-990, N-991,N-908 所有热炭黑
Columbian Chemicals Con^iany, Swartz, LA, USA
高性能炉黑35个Raven牌号的产品，用于各种应用中
导电炭黑 Coiductex 975 Ultra 和 SC Ultra
灯黑替代物 Raven 22,16,14
特种炉黑4个Raven牌号的产品，用于新闻油墨、纸张和UV防护
D^ussa Coiporation, Akron, OH, USA
CoraxNl 10, N220, N234, N299, N326, N33O, N339, N347, N55O, N650, N660, N754, N762, N774 所有炉黑
Carbon,Brussels,Belgium，分销商 R,T, Vanderbilt Cwnpany,Inc.,Norwalk,CT,USA
Ensacol50,200,250粉状和粒状炭黑。由与炉黑相似的工艺生产,但空气动力学和热力学条件不同。该工艺中不采 用水淬灭,产品更接近乙決炭黑，而不是炉黑°其独特的性质使其用于干电池、油漆、塑料和橡胶工业中
Sid Richardson Carbon Black Company,Fort Worth,TX,USA
主要应用产品：轮胎、塑料、油墨、油漆以及其他许多用途
主要聚合物应用：大多数聚合物和橡胶
炭黑是本书所讨论的材料中历史最悠久的材料。炭黑最初用作墨水的颜料，大约于公元 前3000年由中国生产，在公元500年左右传到日本。当今许多品种的炭黑产品是近50年才 发展起来的，是炭黑生产和橡胶与聚合物技术进步的产物。
从结构上看，炭黑与石墨相似，都是由六边形环组成的大片。六边形环中碳碳之间的距 离为0.142nm（接近苯环中C—C的长度0,139nm）0两个碳之间的单键、双键、三键的距离分 别是0.148、0.134和0.12nm。也就是说石墨中的键长介于单键和双键之间。炭黑中的键长 也是0,142nm,如石墨一样是六边形的环形成的大片。炭黑与石墨的不同之处是它们的层与 层的排列不同。石墨中，层与层之间有规则排列，每一个碳原子在另一个碳原子的正上方或 正下方，这样的结构三维有序，每一层中的碳原子间的距离为O.335nm。炭黑中的层之间也是相互平行的，但不是有序排列，通常形成一个中心内层。这样的排列称为湍层结构。炭黑 中相互平行层之间的距离在0.350~0.365nm之间变化。炭黑聚集体的内部比表面的规整性 低，这就是为什么它有较高反应活性的原因。其反应活性可以被氧化过程证实：将炭黑置于 高温下石墨化，体系中的氧与颗粒中心的碳反应形成具有高结晶度的中空球体。从上面所述 可知，炭黑没有高结晶度一点不奇怪，其实，炭黑被认为是含退化石墨结构的无定形碳。
下式是炭黑形成的基本反应：
所以，含碳氢的材料都有可能用于生产炭黑。原材料可以是气态的碳氢化合物，如：甲 烷和乙焕，但是经常使用的是粘稠的芳香煌残余物。根据反应物的化学组成不同，反应可以 是放热或吸热。然而，仅当使用乙块生产炭黑时，反应才是放热的，生产中需要强力冷却。 在其他情况下，反应是吸热的，需要大量的能置而生成炭黑。
炭黑的生产方法有几种。灯黑工艺是最古老的方法，由中国人发明。最初是在小灯中燃 烧植物油，用瓦片盖着灯以收集形成的炭黑。后来，在一些浅盘中燃烧，并限制空气量，所 生成的烟通过沉积室得到炭黑。该方法仍用尸生产小最的炭黑。槽黑工艺是另外一个过去常 用的生产炭黑的方法，但现在已失去重要性。该工艺以天然气为原料，在靠近钢槽的地方燃 烧，炭黑在槽中沉积下来。用刮板将炭黑从钢槽上刮到钢槽下面的料斗中。然而，由于天然 气的价格、烟尘污染以及产率低，该工艺1976年在美国已经停止使用。不过，在德国、东 欧和日本仍在使用。
热分解工艺和乙決黑工艺有些相似，它们都隔绝空气、没有火焰，都使用气体原料。在 热分解工艺过程中，天然气送入1300Y的发生器，在其中发生裂解。产物气流含炭黑、氢 气、甲烷和其他一些烷炷。用水将气流冷却，然后通过袋滤器将炭黑从气流中除去。该工艺 可以循环，由于反应是吸热的，重新反应前需要有5min的间隔加热发生器。为了连续生产， 要有两台发生器间隔5min工作。为了连续生产，当-台生产时，另一台加热，可用高热值 的产物气流部分加热。英国釆用相似的工艺，不同的是不用天然气，而是采用油。油在生产 中有两个作用：加热原材料，同时又是生产炭黑的原材料。而在乙決黑工艺中，先在金属釜 中燃烧乙決，达到工艺过程所需的温度（800- iooor）,然后在无氧气氛下继续进行，反应 放出的热由水冷系统带出去。该工艺得到的产品密度非常低，很难压缩和造粒。
油炉工艺是到目前为止最流行的炭黑生产方法，是由气炉工艺发展而来的。工艺中，液 体雄原料喷射雾化，与预热的空气和辅助燃料（通常是天然气）混合后，通入反应器中。部分 原料用于维持反应温度（1450- 1800T）,剩余的转化为炭黑。用水喷淋终止反应，生成的炭 黑用袋滤器和旋风分离器从燃气中分离出来。该工艺还包括造粒和干燥。油炉工艺的生产线 通常配备计算机控制系统，因为产品的性质受工艺条件的影响很大。
油炉工艺的装置通常非常大，都配备节能系统。早在20世纪70年代初期，反应器和燃 烧器的设计就得到改善，提高了混合和雾化能力，降低了停留时间。一系列新型炭黑产品开 发出来，被冠以“新技术”或“改性”炭黑。所生产的产品团聚颗粒的分布更窄，表面活性更高 （更高的橡胶粘结性，更高的吸水性），以及具有更开放的结构（支化、绒毛状）。
油炉工艺具有高效和经济优势，同时也是最通用的炭黑生产方法，可以生产大多数重要 工业品级的产品。表2- 1总结了 5种工艺所生产的炭黑的差别。
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