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炭黑百科知识-天津优盟化工科技有限公司
1炭黑基本内容
英文名：CARBON BLACK分子量：12.01
2炭黑基本介绍
英文别名:C.I. 77266; C.I. Pigment Black 6; C.I. Pigment Black 7; Carbon black; Acetylene black; lamp black; Carbonnanotubesmultiwalled; Fullerene carbon soot (contains 2-20% C60/C70); Carbonanotubesmultiwalled; Carbonsoot; carbonCAS:1333-86-4
EINECS:215-609-9
HS:28030000
化学式:C
炭黑，是一种无定形碳。轻、松而极细的黑色粉末，表面积非常大，范围从10-3000m2/g，是含碳物质在空气不足的条件下经不完全燃烧或受热分解而得的产物。炭黑的结构性是以炭黑粒子间聚成链状或葡萄状的程度来表示的。由凝聚体的尺寸、形态和每一凝聚体中的粒子数量构成的凝聚体组成的炭黑称为高结构炭黑。常用吸油值表示结构性，吸油值越大，炭黑结构性越高，容易形成空间网络通道，而且不易破坏。
碳黑是以含碳原料（主要为石油）经不完全燃烧而产生的微细粉末。外观为纯黑色的细粒或粉状物。颜色的深浅，粒子的细度，比重的大小，均随所用原料和制造方法的不同而有差异。碳黑不溶于水、酸、碱；能在空气中燃烧变成二氧化碳。碳黑的主要组成物是碳元素，还含有少量的氢、氧、硫、灰分、焦油和水分。
商业化的碳黑应有一定的规格。
3碳黑用途
碳黑是仅次于钛白粉的重要颜料，全世界年消耗橡胶碳黑约六百万吨，着色和其他用途等特殊碳黑约为二十五万吨。所谓特殊碳黑即指其用途在“着色”或“导电”，而非橡胶碳黑之补强。碳黑是经过精密控制的生产方法制造，可形成约50种不同品种，用于橡胶工业的即达成30种。用于着色和其他用途的碳黑品种更多，包括碳黑的分散体、母料、导电复合料、浆料和漆片等。碳黑有以下特质：
1. 最好的黑色颜料。
2. 几乎是最廉价的颜料。
3. 着色力及遮盖力最强的颜料。
4. 视觉感官上呈中性。
5. 最稳定的颜料、耐热、耐化学品、耐光。
4碳黑分类
按生产主要分为灯黑、气黑、炉黑和槽黑。
按用途
炭黑按用途不同，通常分为色素用炭黑、橡胶用炭黑、导电碳黑和专用碳黑。
色素用炭黑—国际上，根据炭黑的着色能力，通常分为三类，即高色素炭黑，中色素炭黑和低色素炭黑。这种分类通常用三个英文字母表示，前两个字母表示炭黑的着色能力，最后一个字母表示生产方法。
橡胶用炭黑—橡胶用炭黑原来是按粒径大小来分类的，但后来改为按氮表面积分类。此外，命名时把炭黑颜料的硫化速度和结构等因素也考虑进去了，由4个系统构成。第一个英文字母代表胶料的硫化速度，以N代表正常硫化速度，S代表缓慢硫化速度。后面3个为阿拉伯数字。第一个数字代表炭黑氮表面积范围，共列为0~9个等级。第二和第三个数字则由美国材料试验协会负责炭黑和术语的D24.41委员会指定的，反映不同的结构程度，也就是炭黑大概的高低结构确定的，有一定的任意性。相对而言，数字越大，结构越高。
按功能
主要分为补强碳黑、着色碳黑、导电碳黑等。
5生产工艺
生产颜料炭黑的原料是石油产品和沥青煤焦油产品。通过烃类在高温下不完全燃烧或热解而成。灯黑生产工艺
历史上最早的炭黑生产法是灯黑生产工艺，在该工艺过程中，原料在直径大至1.5m的平坦的燃烧铁盘上燃烧，含有炭黑的燃烧气体由内铺有砖块的排气罩收集，然后通过弯管（弯折1/4）和通火管到达沉积的装置。为了控制所产炭黑的特性，应当保证在燃烧盘和排气罩之间的间隙附近，原料主要作不完全燃烧。而在稍进管道里面，燃烧在氧气不足下发生热烈解，因而形成较大的炭黑颗粒，由于这些原因，组成较宽范围的粒径分布，主要特征为颗粒粗大。由于在燃烧盘和排气罩间隙间形成的颗粒只有小部分能与空气中的氧份接触，因此这些炭黑只有少量的表面氧化物，相应的PH值呈中性，并且挥发份极少。
气黑的生产工艺
气黑此名称源于其生产过程：原料烃加热时先气化，然后由可自燃的气体（供以能量）作为载体带到燃烧器内，炭黑在这些蝙蝠形的燃烧器所发出的大量扇形的火焰中生成。由于每束火焰都较小且在空气中燃烧，炭黑的形成，与灯黑生产工艺很不同（不完全燃烧）。在此炭黑颗粒很细，根据不同种类，平均粒径在10~30nm之间，气黑平均粒径为13nm。燃烧的火焰上，是一个缓慢旋转的充水转鼓，炭黑在转鼓上沉积，在经刮到把炭黑刮走，当温度仍高时，新生成炭黑与空气中的氧接触，于是发生部分氧化，形成了大量的酸性基团，相应气黑PH值介于酸性范围。并可得到约6%的挥发份，代表其表面氧化物含量。
槽黑的生产工艺
这种生产工艺以天然气作原料，槽黑的工艺与气黑生产工艺的气体燃烧过程相似，天然气燃烧，发出许多扇形火焰，得到的产品与气黑类似，而不同的是这里采用了平坦的水冷U形槽作为炭黑的沉积槽。由于生态和经济原因，许多年前就停止了这种方法的使用。而气黑的生产不会对生态环境造成影响，而此气法炭黑工艺仍在运用。
炉黑生产工艺
气黑是在开放大气中生产的，但炉黑生产工艺则是在缺氧条件下的密闭炉中进行的。使用的不是许多束小火，而是一团大火焰，以油类作原料，并加入可燃气体使之达到炉内所需温度。而改变炉黑生产工艺条件，可得到所需要之颜料黑。比如：不同条件下，炭黑可达到广阔的平均粒径范围，从80nm到小至15nmj，更直到细小至气黑那样小的颗粒。但对于同一粒径，气黑和炉黑还是有区别的，主要是表面化学不同。炉黑产品较为粗糙，平均粒径为40nm。此外，当采用炉黑生产工艺时，可加入少量的碱性化合物或其它添加剂以改变聚集体的聚集度和类型，由此可得到高结构或低结构的炭黑。
由于炉黑是在几乎低于大气压及空气不足条件下生产出来的。所以它们大部分缺乏酸性表面氧化物，然而却发现了其面所提到的呈碱性反应的吡喃酮结构。关于炉黑的碱性PH值，是因为在终止炭黑生成时喷射淬化冷水中加入碱土，以及为降低结构而添加的碱性盐。另外，如果此炉黑不再进行氧化后处理，则其挥发份含量较低。
6碳黑材料编辑
碳黑为工业中不可或缺之化工原料，其染色与补强的特性，为多数塑、橡胶制品的改质添加剂，其中轮胎用量占总体之七成最多。表一为世界碳黑生产国之年产量统整。美国碳黑工业崛起於第二次世界大战，为确保战略物资之供应，迫使碳黑厂商大量扩产，以至今日之龙头地位，年产量高达160万公吨；亚洲地区近来因中国大陆世界工厂强劲的经济成长带动下，产能也紧追美国，以日本和中国大陆居二、三位，年产量约达70万公吨。
若将各国之年产量依照地理位置区分如表二，与1994年对照下，不难发现亚洲地区成长惊人，从1994年的29％提升至38％，原因来自韩国、泰国、中国大陆与印度等亚洲国家传统产业成长力道的加持下，需求日益扩大，只得不断扩充产能，以平衡需求缺口；其他地区如东欧国家长年政治动荡因素，许多碳黑炉停止运作，因而年产量不定；北美地区则因需求逐渐呈现饱和状态，并未有增产动作出现。预计至2006年时，亚洲国家之产能仍会继续扩产，以就近供应中国大陆等地之需求。
炭黑的结构性是以炭黑粒子间聚成链状或葡萄状的程度来表示的。由凝聚体的尺寸、形态和每一凝聚体中的粒子数量构成的凝聚体组成的炭黑称为高结构炭黑。目前常用吸油值表示结构性，吸油值越大，炭黑结构性越高，容易形成空间网络通道，而且不易破坏。高结构炭黑颗粒细，网状链堆积紧密，比表面积大，单位质量颗粒多，有利于在聚合物中形成链式导电结构，其中在众多炭黑品种中以乙炔炭黑为最佳。粒径分布宽的炭黑粒子比分布窄的炭黑粒子更能赋予聚合物导电性，并用统计方法解释这个现象。粒径分布宽的炭黑，少数大直径粒子需要数目巨大，直径更小的粒子给予补偿，相同平均粒径分布宽的炭黑比分布窄的炭黑有更多的粒子总数。
大部分都是探讨导电粒子接触的几何学研究。该理论认为，炭黑填充量越大，处于分散状态的炭黑粒子或炭黑粒子集合体的密度也越大，粒子间的平均距离越小，相互接触的几率越高，炭黑粒子或炭黑粒子集合体形成的导电通路也越多。不同极性的高聚物与炭黑组成共混体系的极性越大，炭黑临界体积分数就越大，意味着体系的导电性下降，因为炭黑表面含有很强的极性基团，基体极性大，作用增强，这时强度增加，却妨碍导电粒子自身的凝集，以致导电性差。 但是在多组分基体树脂与炭黑组成的共混体系中，由于不同基体的极性不同，填充炭黑会产生偏析现象，这时导电性能取决于炭黑粒子在偏析相中的浓度和分布状态，还取决于偏析相高聚物所占比例。
加大开发新品种力度。全行业要尽快缩小与发达国家的差距, 加强科研投入, 建立较大规模的研发中心。同时, 以产学研相结合的方式进行炭黑生产理论、应用、新品开发、先进装备等多方面的研究, 除继续发展橡胶用炭黑常规品种外,还要研发生产绿色轮胎所需要的低滞后炭黑和转化炭黑等新品种, 以及非橡胶领域所需的特种炭黑, 以满足不断变化的市场需求。
充分利用油、气资源, 解决好优质炭黑原料油短缺问题。大力发展煤焦油加工产业, 如大型炭黑企业可自己建立焦油加工装置; 充分利用天然气、煤层气和焦炉煤气资源, 将其用于反应炉燃料, 替代部分原料油; 进一步研发合理配用粗煤焦油技术; 积极开发应用国产催化裂化澄清油。每吨炭黑的原料油消耗平均值应降低到1. 8t 以下, 大型企业应降低到1. 7t 以下。
智研数据研究中心发布的《2013-2018年中国炭黑产业运营态势与投资战略研究报告》共十三章。首先介绍了世界炭黑行业基本概况，接着分析了年中国炭黑行业发展的现状，然后介绍了中国炭黑行业竞争格局。随后，报告对中国炭黑行业做了重点企业经营状况分析，最后分析了中国炭黑行业发展趋势与投资预测。
实施清洁生产和安全生产。环保性、安全性是当今炭黑产业面临的一大挑战。炭黑企业必须努力开发并推广应用节能环保新技术, 充分利用炭黑生产过程产生的余热和可燃尾气; 推广应用炭黑污水处理和回收利用技术, 实现污水的零排放; 积极开发等离子体法炭黑生产技术, 以及炭黑尾气脱硫、脱氮技术; 所有炭黑企业/三废0排放和厂界噪声, 均应达到所在地区的环保标准; 尾气必须用来烧锅炉或在焚烧后方可排放; 而且主要炭黑生产企业均应通过ISO14000 环保体系认证。
