合成氨副产导电炭黑/导电炭黑的结构性/影响炭黑导电性能的因素
合成氨重油造气时副产导电/炭黑导电炭黑的结构性/影响炭黑导电性能的因素？近期国外科学家还发现，导电炭黑粒径分布宽的炭黑粒子比分布窄的导电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。
粒径分布宽的导电炭黑，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导电炭黑比分布窄的导电炭黑有更多的粒子总数。合成氨重油造气时副产的炭黑,由于其制造成本太高,而且它在塑料中的分散性非常差,使塑料制品的力学性能损失严重,因而不能用作导电材料,其在塑料中的使用价值、用量非常有限。炭黑加入到塑料中后,由于炭黑的填充量和分散程度不同,使得炭黑在塑料中的导电机理是不相同的。一方面是由于炭黑发达的结构,使炭黑粒子之间相互接触形成导电通道;另一方面是由于炭黑粒子数量不 足,或分散均匀后,炭黑粒子之间不能相互接触,在炭黑粒子之间有一层薄的树脂形成势垒,电子不能直接流通,但当有电压时,电子可以靠隧道效应导电,即电子 要在势垒处发生电子跃迁,形成隧道导电。实际上,在聚合物复合物导电过程中,这两种导电机理是同时存在的,只是导电的效率不同而已。由于导电复合物在使用 时的条件不同,如交流、直流、高频、低频、电磁波屏蔽等等,炭黑在其中的作用有所区别。
二、影响炭黑导电性能的因素
1.炭黑粒径
理论上,炭黑的粒径越小,单位体积中的粒子数越多,有利于提高导电性。这在橡胶用导电制品中是正常的。但在用于导电塑料制品时,若炭黑粒子过小,因塑料塑化后剪切力小,故分散性差,炭黑以大量的小团块存在于基料中,使导电塑料制品的力学性能降低,失去实用价值。所以要把炭黑的粒径控制在一定范围内,才能保证炭黑既可在塑料中获得良好的分散,又可大大增加塑料中单位体积内的炭黑粒子数,提高塑料制品的导电性能,同时不破坏或少破坏制品原有的力学性能。
2.炭黑结构
DBP 值的大小代表了炭黑聚集体结构的高低,一般说来,DBP 值高时炭黑呈链枝状结构,导电性较好。各种重油造气副产品炭黑的DBP 值都非常高,而从电子显微镜发现它们是空壳形态微观结构,说明其结构并非很高。它的高导电性可能一是由于其单位质量下体积更大的结果,二是剪切破坏了部分 一次结构,产生了大量的新微粒。要获得在塑料中好的导电性能,炭黑必须是粒径较大,结构不宜太高,较好使炭黑的结构成线状结构。一方面可促使炭黑在塑料中 的分散,另一方面有利于形成导电网络,用少量炭黑即可达到抗静电作用。
3.炭黑粗糙度
由于炭黑的导电需要有一定的粗糙度,使炭黑易形成导电通道,故要求炭黑的氮吸附表面积和CTAB表面积的差值较大。
4.表面挥发分
炭黑表面的挥发分主要是由一些有机基团和未能完全裂解的油膜结成,形成一层绝缘层,增加了炭黑粒子之间的势垒,严重影响导电性,必须将挥发分控制在较低限度内。
5.灰分和水分
炭 黑中灰分和水分含量高,实际上降低了炭黑的含量,同样对导电性有不利的影响,在生产中要注意控制炭黑中灰分及水分的含量。相比之下Ketjen BlackEC 和乙炔炭黑的含碳量均高达9918 %左右,而一般炭黑则不到98 %。水分含量一般应控制在215 %以下,否则将产生大量的气泡,影响制品的力学性能。
炭 黑工业研究设计院前几年曾开发的橡胶用导电炉法炭黑TD系列产品是基于降低炭黑粒子的粒径,提高炭黑的比表面积来获得较好的导电性,它们在橡胶中使用时可 以借助强劲的剪切力而获得良好的分散,制得导电性好、力学性能好的导电橡胶制品。但当将其用于塑料制品时,依然存在力学性能差、使用效果不好的缺陷。这同 样是由于TD 系列炭黑不能在塑料中获得良好的分散所致。
高结构导电炭黑颗粒细，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，其中在众多导电炭黑品种中以乙炔炭黑为较佳。
