色素炭黑原理

炭黑分散的重要的意義

顏料在應(yīng)用過(guò)程中都必須分散到符合光學(xué)性能的微粒子狀態(tài)，炭黑是所有顏料中最難分散的一種顏料之一，因此炭黑分散的好壞會(huì)直接影響到炭黑的黑度、色相和遮蓋能力，直接影響到用戶最終的使用效果。

炭黑分散設(shè)備

炭黑形狀 分散設(shè)備

粉狀 三輥機(jī)、碾磨機(jī)、園盤分散機(jī)、擠出機(jī)、高速混合機(jī)

粒狀 密煉機(jī)、雙輥機(jī)、球磨機(jī)、砂磨機(jī)

炭黑的分散過(guò)程主要受到三個(gè)因素的影響

a)炭黑的本質(zhì)特性:炭黑的原始粒徑、結(jié)構(gòu)和表面各種基團(tuán)都會(huì)對(duì)分散產(chǎn)生很大的影響。通常情況下炭黑的原始粒徑小、結(jié)構(gòu)低、揮發(fā)份低分散困難，反之則相對(duì)容易些。

b)使用者的配方:炭黑使用者的配方，基料、溶劑和樹脂的性能都會(huì)非常顯著地影響炭黑的最終分散情況，尤其是炭黑用樹脂的選擇。

c)分散設(shè)備:不同的分散設(shè)備在相同條件下的分散效果是完全不同的。正確選用分散設(shè)備是使用者必須重視的。

色素炭黑的運(yùn)用首要依據(jù)個(gè)人的商品來(lái)選用，色素碳黑做為顏料，在油墨、涂料、油漆、色漿、密封膠、塑料、陶瓷、塑膠、電纜等工業(yè)出產(chǎn)范疇運(yùn)用規(guī)模較廣。不一樣的范疇對(duì)色素碳黑的功能需求也不一樣，甚至在一樣范疇，因?yàn)槌霎a(chǎn)的商品質(zhì)量不一樣，對(duì)質(zhì)料的功能需求也會(huì)有較大的不同。

色素碳黑的粒徑越小，其黑度就越高?？墒且?yàn)榱Ｗ娱g的聚合能較大，所以在渙散時(shí)就需求更大的能量，選用適宜的渙散劑與較好的渙散設(shè)備就顯得至關(guān)重要。所以在出產(chǎn)對(duì)黑度需求不高的商品時(shí)，盡量不要挑選高色素炭黑，要挑選吸油量較低、黑度中等、上色力較好的中色素碳黑來(lái)運(yùn)用，其價(jià)位不會(huì)很高，還能極好地滿意出產(chǎn)需求。

中色素炭黑不論怎樣盡力也不會(huì)做出高色素碳黑的黑度與作用，在對(duì)黑度需求較高的商品(如高級(jí)汽車漆)里，選用高黑度，通過(guò)后處理改進(jìn)渙散性的色素炭黑商品，會(huì)到達(dá)杰出的作用 。

選擇炭黑的基本思路

使用者在選擇炭黑前首先要考慮的是:你想用炭黑來(lái)達(dá)到什么要求?著色、調(diào)色、抗紫外線還是起導(dǎo)電作用。最重要的是一定要和炭黑的專業(yè)技術(shù)工程師進(jìn)行溝通，共同對(duì)物料體系進(jìn)行技術(shù)評(píng)價(jià)，選擇比較合適的炭黑品種。通常情況是:

著色用--選擇黑度高、粒徑小的炭黑，但一定要保證炭黑經(jīng)過(guò)合理的、完全的分散，否則反而會(huì)背道而馳，達(dá)不到原來(lái)要求。

配色用--選擇黑度低、粒徑大、易分散的炭黑。

抗紫外線用--主要用在塑料和橡塑里，選擇中等粒徑、結(jié)構(gòu)稍高些的炭黑，它們的抗紫外線性能最佳。

爐法

由天然氣或高芳烴油料在反應(yīng)爐中經(jīng)不完全燃燒或熱解生成炭黑，此種炭黑稱為爐黑，是炭黑品種中產(chǎn)量最大、品種最多的一類。爐黑與槽黑及熱裂黑的顯著區(qū)別是，其粒子的熔結(jié)或聚結(jié)程度可根據(jù)不同用途來(lái)調(diào)節(jié)。所以,同一粒徑范圍的爐黑,又分為若干不同結(jié)構(gòu)的衍生品種。另外，爐黑的含氧量通常比槽黑低(少于1%)，表面呈中性或弱堿性。爐黑生產(chǎn)的特點(diǎn)是，燃料在反應(yīng)爐中燃燒，提供原料裂解所需的熱量。燃燒和裂解過(guò)程同時(shí)發(fā)生。根據(jù)所用原料形態(tài)的不同，爐黑生產(chǎn)可分為氣爐法和油爐法兩種。氣爐法所用原料和燃料均是天然氣。油爐法的燃料可以是天然氣、焦?fàn)t氣，也可以是液態(tài)烴，原料則選用高芳烴油料，如乙烯焦油和蒽油等。在爐黑生產(chǎn)工藝流程中，反應(yīng)爐是核心設(shè)備。生產(chǎn)不同品種的爐黑需采用不同結(jié)構(gòu)尺寸的反應(yīng)爐。空氣和燃料在反應(yīng)爐中燃燒，原料經(jīng)霧化后噴入燃燒的火焰中，經(jīng)高溫?zé)峤馍商亢凇Ｌ亢趹腋∮谌加鄽庵行纬蔁煔?。煙氣?jīng)急冷后送空氣預(yù)熱器、油預(yù)熱器進(jìn)一步降溫，最后送入袋濾器，分離出的炭黑送到造粒機(jī)中造粒，然后在干燥機(jī)中干燥。

槽法

以天然氣為主要原料，以槽鋼為火焰接觸面而生產(chǎn)炭黑，此種炭黑稱為槽黑。與爐黑及熱裂黑相比，其粒子較細(xì)而比表面積較大。同時(shí)，由于采用特定的生產(chǎn)方式，其表面受到氧化，含有較多的含氧官能團(tuán)而呈酸性。這類炭黑粒子的聚結(jié)程度較低。因含有較多的含氧官能團(tuán)，可延緩橡膠的硫化速度，提高聚烯烴的耐候性以及賦予油墨良好的流動(dòng)性和印刷性能。 熱裂法熱裂法熱裂法熱裂法 以天然氣、焦?fàn)t氣或重質(zhì)液態(tài)烴為原料，在無(wú)氧、無(wú)焰的情況下，經(jīng)高溫?zé)峤馍商亢?，稱為熱裂黑。它是炭黑品種中比表面積最低的一類，基本上以單個(gè)球形粒子存在,不熔結(jié)或聚結(jié)成聚集體,其表面含氧量亦很少(0.1%~0.3%)。熱裂黑主要有三個(gè)品種:中熱裂黑、不污染的中熱裂黑和細(xì)熱裂黑。中熱裂黑的氮吸附比表面積為6~10m2/g，細(xì)熱裂黑則為10~15m2g

紫外線防護(hù)性的應(yīng)用

炭黑在塑料工業(yè)中用途之一是防紫外光老化，由于炭黑有較高的吸光性，因而能有效的防止塑料受陽(yáng)光照射而產(chǎn)生光氧化降解。炭黑作為紫外光穩(wěn)定劑在塑料中所起的作用有:把光能轉(zhuǎn)化為熱能;保護(hù)塑料表面而免遭一定波長(zhǎng)的射線照射;截取原子團(tuán)而產(chǎn)生防老化作用，從而阻止催化降解。紫外線對(duì)聚烯烴特別有害，試驗(yàn)證明當(dāng)一定細(xì)度的炭黑的濃度為百分之二時(shí)可以達(dá)到完美的紫外線屏蔽作用。

炭黑對(duì)塑料的紫外線老化的防護(hù)作用，取決于炭黑的粒徑、結(jié)構(gòu)和表面化學(xué)性。

炭黑的粒徑較小時(shí)，因表面積增大，其吸收光或遮光能力增加，故紫外線防護(hù)作用增強(qiáng)，但粒徑小于20nm，其防護(hù)作用趨于同一水平，原因是當(dāng)粒徑過(guò)小時(shí)，逆向散射減小，而繼續(xù)向前的光會(huì)威脅聚合物的穩(wěn)定性。

結(jié)構(gòu)較低，即聚集體尺寸較小時(shí)，因聚集體幾何體積較小，會(huì)增強(qiáng)對(duì)聚合物的防護(hù)作用，這也是結(jié)構(gòu)較低的炭黑較黑的原因。

炭黑表面含氧基團(tuán)較多，即揮發(fā)份較高時(shí)，能消除聚合物分解時(shí)產(chǎn)生的基因，因此防護(hù)作用也增強(qiáng)。

其中注塑色母粒又分為高級(jí)和普通型

高級(jí)色母粒主要用于化妝品包裝盒，汽車用ABS，高級(jí)PVC合成革，家用電器外殼及其他高級(jí)制品。其要求色母粒用顏料分散均勻，尤其要求著色制品無(wú)色點(diǎn)，色斑。用炭黑應(yīng)該選用粒徑小，低結(jié)構(gòu)的色素炭黑，因?yàn)楹诙戎饕鶎?duì)于光的吸收，粒徑越小光吸收越高，光反射越弱，黑度就越高，產(chǎn)品一般烏黑發(fā)亮。

普通級(jí)色母粒主要用于PE垃圾袋，電纜，管材等之類產(chǎn)品，高級(jí)薄膜要求顏料顆粒小，分散均勻，在膜上不應(yīng)該有大于0.6mm色點(diǎn)，普通薄膜可以選用粒徑較大，結(jié)構(gòu)較高，中等黑度，分散性較好的普通色素炭黑既可以。

纖維色母粒主要分為丙綸，滌綸。主要用于化纖絲，地毯，無(wú)紡布等。要求炭黑含有高純度，好分散性，高著色力，無(wú)雜質(zhì)，顏料顆粒小于1um。

與其它有機(jī)顏料相比，炭黑除分散較困難外，其他性能均較好?？茖W(xué)的炭黑配合量，可提供較好的抗靜電或?qū)щ娦浴Ｌ亢诨旧鲜菬o(wú)毒的，但較易飛揚(yáng)和污染，故常以色母粒形式供塑料行業(yè)使用，在消除污染的同時(shí)也改善了炭黑在塑料中的分散。炭黑作為塑料用顏料，常用的劑型有粉狀和粒狀。粒狀炭黑飛揚(yáng)較少，但分散較難，故在塑料著色中采用粉狀炭黑。

因?yàn)樯靥亢谧鳛橐环N黑色顏料，在市場(chǎng)上有著較為廣泛的應(yīng)用，現(xiàn)將其用途詳細(xì)明細(xì);

密封膠類:汽車密封膠專用、建筑密封膠專用、船舶密封膠專用，集裝箱密封膠，工業(yè)密封膠膠專用，防水密封膠用，熱熔膠用，中空玻璃密封膠用，色素碳黑中空玻璃丁基膠用，中性防霉硅酮密封膠用，銅密封膠用，聚氨脂密封膠用，中性玻璃密封膠用,密封膠條用，酸性硅酮密封膠用，丁基密封膠用。

色漿類:黑合成革色漿用，印花色漿用，水性色漿用，造紙色 漿用，蘋果袋紙用，PVC色漿專用，PU色漿用，油性色漿專用。

色母類:色素碳黑(鞋材EVA發(fā)泡用) ,色素碳黑無(wú)鹵電纜料專用,(塑料發(fā)泡專用)色素炭黑，色素碳黑吹膜色母用，色素碳黑塑料色母用，色素碳黑PVC電纜料用，色素碳黑PVC膠粒用，色素碳黑滌綸母粒用,色素碳黑高光澤藍(lán)相色母用，色素碳黑化纖色母用，色素碳黑短纖色母用，色素碳黑壓延膜用，色素碳黑PE電纜料用。

油墨類:高色素碳黑一體機(jī)油墨用,高色素炭黑墨水墨汁用，色素碳黑塑料編制袋油墨用，色素碳黑塑料油墨用，色素碳黑塑料復(fù)合油墨用，色素炭黑塑料凹版油墨用，色素炭黑凹印油墨用，色素炭黑絲印油墨用，

涂料類:色素炭黑金屬涂料用，色素炭黑塑料涂料用，色素炭黑汽車涂料用，色素炭黑船舶涂料用。

油漆類:色素炭黑摩托車漆汽車漆用，色素炭黑耐高溫漆用，色素炭黑環(huán)氧地坪漆用，色素炭黑防腐漆用，色素炭黑絕緣漆用，色素炭黑耐熱漆用，色素炭黑醇酸漆用，色素炭黑耐候涂料用等。

特種碳黑及建筑材料類:高色素碳黑環(huán)保炭黑鉛筆芯用,復(fù)合肥用色素炭黑，色素炭黑耐火材料用，色素炭黑混凝土發(fā)泡板用，超細(xì)色素碳黑，水溶性色素碳黑，色素碳黑環(huán)保炭黑，色素碳黑耐高溫炭黑，色素碳黑絕緣炭黑，高光澤蘭相色素碳黑，色素碳黑人造革用，色素炭黑水泥勾縫用，色素碳黑化妝品睫毛膏用。

色素炭黑一般都能較好的給塑料著色，可根據(jù)著色特性或物化性能選用色素炭黑，著色用炭黑的品種的選擇基本上都是隨成品必須達(dá)到的黑度而定。 用極細(xì)的色素炭黑可以完成黑度要求特別高的著色; PE垃圾袋，塑料袋，電纜材料之類產(chǎn)品只需中等水平黑度，可以用比表面積較低，結(jié)構(gòu)較高的炭黑品種;塑料調(diào)色時(shí)，炭黑稱量和配料時(shí)出現(xiàn)的微小誤差，均會(huì)導(dǎo)致明顯的色差，因此，宜采用粒徑較大，著色力較差的低色素炭黑，這樣炭黑用量可以稍大，稱量誤差相對(duì)小些，并有分散性較好、價(jià)格較低的優(yōu)點(diǎn)。對(duì)于灰色塑料，采用細(xì)粒色素炭黑往往呈現(xiàn)棕相灰色，而采用粗粒子色素炭黑可產(chǎn)生藍(lán)相灰色。

色素炭黑的幾個(gè)典型參數(shù)

黑度(反射率)--炭黑黑度通常以"反射率測(cè)定儀"測(cè)定的數(shù)據(jù)來(lái)表示，在大部分情況下也反映了該炭黑的原始粒徑，是衡量該炭黑市場(chǎng)價(jià)格的重要參數(shù)之一。反射率越低，炭黑黑度越高，粒徑也越小。反之亦然。

揮發(fā)份--炭黑表面攜帶含氧基團(tuán)的數(shù)量，反映了炭黑的表面物理性能、電化學(xué)性能和應(yīng)用性能，也是衡量該炭黑市場(chǎng)價(jià)格的重要參數(shù)之一。

結(jié)構(gòu)--炭黑結(jié)構(gòu)是炭黑微粒子聚集體形成的鏈枝程度的表征值，它表示了炭黑內(nèi)部的空隙程度。通常以吸油值(DBP吸收值)表示。

高、低結(jié)構(gòu)炭黑與應(yīng)用性能之間地關(guān)系示意圖

外觀 黑色微細(xì)粉末

灰分 ≤0.3%

比表面積 200~600m2/g

pH值 2-8

加熱減量 ≤4%

著色力 ≥120%

作為色素用于涂料、油墨和塑膠的炭黑稱為色素炭黑，或者顏料炭黑。色素炭黑用到涂料、油墨、塑膠里，還有導(dǎo)電、防靜電、屏蔽紫外線、防止樹脂老化的作用，因此，人們區(qū)別用于橡膠的炭黑，把色素炭黑廣義地稱之為特種炭黑。顏料炭黑。色素炭黑用到涂料、油墨、塑膠里，還有導(dǎo)電、防靜電、屏蔽紫外線、防止樹脂老化的作用，因此，人們區(qū)別用于橡膠的炭黑，把色素炭黑廣義地稱之為特種炭黑。

鑫源色素炭黑 - 鑫源色素炭黑的特點(diǎn) 1.與其他顏料相比，炭黑有更好的著色力和遮蓋力。

2.與其他顏料相比，炭黑有非常優(yōu)異的耐熱性、耐化學(xué)性和耐光性。

3.由于炭黑的粒徑只有幾個(gè)納米到幾十個(gè)納米，孔隙率達(dá)90%，又是無(wú)機(jī)材料，因此普通炭黑很難穩(wěn)定地分散到有機(jī)的樹脂體系中，而經(jīng)過(guò)嚴(yán)格控制和特殊改性工藝生產(chǎn)的色素炭黑則能很好的在涂料、油墨和塑膠體系中體現(xiàn)分散性。

4.與橡膠炭黑相比，色素炭黑對(duì)黑度、著色力、表面活性、導(dǎo)電性、灰分、甲苯透光率、分散性、流動(dòng)性等品質(zhì)指標(biāo)有著更多、更特殊的要求。

鑫源色素炭黑 - 色素炭黑的技術(shù)工藝（生產(chǎn)方法） 根據(jù)生產(chǎn)工藝的不同，炭黑生產(chǎn)方法分為爐法、接觸法（主要為槽法和無(wú)槽氣法）和熱裂解法三種。勇鋒公司的炭黑產(chǎn)品就用的是最重要也是最常用的生產(chǎn)工藝--爐法和氣法制得的。

1.爐法就是在密閉的反應(yīng)爐中，將氣態(tài)烴（一般是天然氣）或者液態(tài)烴（一般是煤焦油或蒽油）作為原料，供以適量的空氣，在反應(yīng)爐內(nèi)形成密閉的湍流系統(tǒng)，在高溫下經(jīng)熱氧化而分解生成炭黑（所生成的炭黑性能可通過(guò)猝熄火焰來(lái)控制），然后冷卻并使用過(guò)濾系統(tǒng)把產(chǎn)成的炭黑從氣煙中分離出來(lái)。爐法的特點(diǎn)是原材料的選擇范圍很廣，且生產(chǎn)出的炭黑性能多種多樣。

其中使用氣態(tài)烴為主要原料的稱為氣爐法，使用液態(tài)烴為主要原料的稱為油爐法。

油爐法和其他炭黑制造方法相比，能制造性能各異的炭黑品種，且具有工藝調(diào)節(jié)手段多，單位產(chǎn)能和熱能利用率高，原料消耗和綜合能耗低以及成本低等特點(diǎn)，因此已經(jīng)成為炭黑制造的主導(dǎo)方法，目前全球95%以上的炭黑都是采用油爐法制造的。

2.槽法是將固態(tài)烴（粗蒽）或液態(tài)烴（蒽油）經(jīng)氣化釜?dú)饣螅涂扇夹詺怏w（一般使用天然氣，也可使用焦?fàn)t煤氣或水煤氣）混合后作為原料，由環(huán)形布置的管網(wǎng)送入自然通風(fēng)的火房，在槽鋼下通過(guò)數(shù)以千計(jì)的瓷制火嘴進(jìn)行不完全燃燒，形成魚尾形的擴(kuò)散火焰，其還原層與緩慢往復(fù)運(yùn)動(dòng)的槽鋼相接觸，使裂解生成的炭黑沉積在槽鋼表面，經(jīng)槽鋼面冷卻收集生成炭黑的工藝。這種工藝生產(chǎn)出來(lái)的色素炭黑收率較爐法偏低，但原生粒子粒徑小，在黑度和著色力方面均有更好的表現(xiàn)。

無(wú)槽混氣法是氣法生產(chǎn)炭黑時(shí)火房不設(shè)槽鋼的氣法炭黑改進(jìn)工藝，生產(chǎn)中只收集煙氣中懸浮的炭黑。無(wú)槽混氣法與槽法相比，生產(chǎn)能力較大，但由于取消了槽鋼，對(duì)火焰的控制不如槽法和滾筒法，生成炭黑的黑度比槽法或滾筒法稍低。

鑫源色素炭黑 - 色素炭黑的狀態(tài) 色素炭黑有兩種物理存在形式：粉狀和粒狀。粉狀易分散但運(yùn)輸成本高，使用時(shí)易污染環(huán)境。粒狀炭黑揚(yáng)塵小、密度高、更便于運(yùn)輸，但相對(duì)于粉狀炭黑較難分散。

高色素炭黑 high color black 一種色素炭黑。粒徑范圍為9~17 nm，黑度達(dá)到或超過(guò)一號(hào)標(biāo)準(zhǔn)樣品。粒子細(xì)，黑度高。主要為涂料、油墨等著色用。