炭黑的基本性质介绍

炭黑的基本性质主要有粒径、结构性和表面性质，它们对橡胶的工艺性能和补强效果有着重要的影响。

炭黑的粒径是指单颗粒炭黑或聚集体中原生粒子的大小，橡胶用炭黑的平均粒径一般在11-500nm之间。炭黑的粒径越小，单位质量或单位体积（真实体积）中炭黑粒子的总表面积即炭黑的比表面积越大，炭黑与橡胶的接触面积越大，相同质量的炭黑中活性点越多，能更好地发挥炭黑对橡胶的化学结合和物理吸附作用，炭黑的补强效果越好。炭黑的粒径与制造方法和生产条件有关，对于油炉法炭黑，原料油雾化程度越高，炉温越高，风油比越大，炉内气流速度越大，生成的炭黑粒子越小。炭黑粒径的测定方法有：电子显微镜法、氮吸附法（BET法）、碘吸附法、大分子吸附法（包括阴离子表面活性剂OT法和阳离子表面活性剂CTAB法）。

炭黑的结构性指炭黑的形态。炭黑在不完全燃烧的高温区中生成的同时，粒子通过化学结合而生成三维空间的聚集体，即炭黑的一次结构。炭黑的一次结构在橡胶的加工过程中不易发生破坏，是炭黑在橡胶中的最小分散单位。两个或两个以上的聚集体因范德华力而凝聚成疏松结构的凝聚体，即炭黑的二次结构。炭黑的二次结构在橡胶加工过程中，由于机械的剪切力极易破坏。炭黑的结构包括一次结构和二次结构。炭黑的结构性一般是指炭黑一次结构的程度，炭黑的结构越松散，其结构性越高，形态越复杂，枝杈多，内部空隙大，与橡胶结合形成的吸留橡胶越多。炭黑的结构性与其生产方法和所用原料有关，一般情况下，热裂法炭黑的结构性比槽法炭黑的结构性低，以天然气为原料的炭黑比以芳香油为原料的炭黑结构性低。炭黑结构性的测定方法可用吸油值法，在定量的炭黑中，加入适量的邻苯二甲酸二丁酯（DBP)，填充炭黑空隙，所需要的DBP体积越多，炭黑的结构性越高。

炭黑的表面性质包括表面粗糙度和表面化学性质。表面粗糙度指炭黑粒子表面存在零点几纳米到几纳米的微孔，这是炭黑在生成过程中受高温氧化气体的侵蚀而生成的。由于这种微孔很小，橡胶分子不能进入这些微孔，使得炭黑与橡胶能够产生有效作用的表面积下降，因而补强效果低。炭黑表面粗糙度的大小与其制造方法有关，一般情况下槽法炭黑粒子的表面粗糙度最大，炉法和热裂解法炭黑粒子的表面粗糙度较小，表面较光滑。表面粗糙度可用电子显微镜法、氮吸附法等进行测定。炭黑的表面化学性质与炭黑的化学组成和炭黑粒子的表面状态有关。炭黑主要是由碳元素组成的，含碳量为90-99%，还有少量氧、氢、氮和硫等元素和少许挥发分及灰分。碳原子以共价键结合成六角形层面，所以炭黑具有芳香族的一些性质。炭黑在制造及贮存过程中，由于氧化作用，表面含有羟基、羧基、内酯基、醌基、酚基等含氧官能团。另外炭黑表面还存在大量的自由基，这些化学特性使得炭黑粒子表面具有一定的化学活性，化学活性越大，生成结合橡胶的数量越多，炭黑的补强效果越好。