炭黑聚集體的存在狀態(tài) |
1.平均原生粒徑
色素炭黑的原生粒子是由許多疊合層面所組成。在很大程度上，生產(chǎn)工藝決定其原生粒子的粒徑大小。在爐法生產(chǎn)的炭黑中，因?yàn)樯a(chǎn)工藝可調(diào)節(jié)的手段較多、自動(dòng)化程度高，原生粒子粒徑的變化范圍大：從10納米到80納米。原生粒子的平均粒徑和粒徑分布從根本上決定了色素炭黑的性能，特別是其黑度和著色力。
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圖一 炭黑性能隨粒徑變化而變化的規(guī)律 |
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2.結(jié)構(gòu)
色素炭黑原生粒子并非以納米級(jí)單獨(dú)的分離狀態(tài)存在。它們通過物理作用形成聚熔體和聚集體。爐法炭黑的聚集程度可以通過工藝的變化來調(diào)整；而接觸法炭黑的聚集程度因其開放式的工藝則很難調(diào)控。炭黑原始粒子的聚集程度通常被稱為"結(jié)構(gòu)"。高聚集度的炭黑被稱為高結(jié)構(gòu)炭黑，而低聚集度的炭黑則被稱為低結(jié)構(gòu)炭黑。 | 
圖二 炭黑性能隨結(jié)構(gòu)變化而變化的規(guī)律
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3.表面活性
炭黑主要由碳元素組成，含碳量為90%～99%左右，炭黑中也含有少量的氧、氫、氮和硫等元素。這里所說的表面活性，對(duì)于酸性炭黑是指在炭黑粒子表面生成的含氧表面基團(tuán)的多少，這些酸性表面基團(tuán)主要為羧基、酚羥基、 醌基、內(nèi)酯基等；對(duì)于堿性炭黑是指炭黑表面的堿性氧化物，它們影響著炭黑的理化性能，如潤(rùn)濕分散性，催化活性以及電化學(xué)性能。 | 
圖三 炭黑性能隨表面活性變化而變化的規(guī)律 |
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色素炭黑的性能
1. 著色力
又稱著色強(qiáng)度。是將白色或彩色顏料和炭黑混合時(shí)，炭黑的著色能力。也就是炭黑使混合物系光吸收作用提高的程度。它通常是用百分?jǐn)?shù)的形式來表現(xiàn)，可以通過使用黑度反射儀測(cè)量炭黑沖淡色漿得出的數(shù)據(jù)來衡量。根據(jù)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)操作，色漿為炭黑和鈦白粉（或其他白色顏料如氧化鋅）及一定溶劑的混合物。（著色力的測(cè)量參照 ASTM D-3849 或 GB/T 7050-2003標(biāo)準(zhǔn)）
2. 比表面積
炭黑比表面積是指單位質(zhì)量或單位體積內(nèi)炭黑粒子表面積的總和，單位為m2/g 。 比表面積與粒徑一樣是炭黑的基本性能之一。一般來說，表面相對(duì)較光滑的炭黑（如橡膠用炭黑）比表面積與粒徑正好成反比，即粒徑越小比表面積越大，反之亦然。所以，如把炭黑粒子假定為球形，可由粒徑的數(shù)據(jù)計(jì)算比表面積。
炭黑的比表面積分為外比表面積（或稱光滑比表面積），內(nèi)比表面積（或稱孔隙內(nèi)比表面積）和總比表面積?？偙缺砻娣e等于外比表面積和內(nèi)比表面積的總和。比表面積的測(cè)定方法很多，常用的有氮吸附法（BET法）,吸碘值法，CTAB法（大分子吸附法），t值法以及電子顯微鏡法等。
3. DBP吸收值
炭黑的結(jié)構(gòu)可以用DBP（Dibutyl Phthlate鄰苯二甲酸二丁酯）吸收值來測(cè)量。 根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，低結(jié)構(gòu)顏料炭黑中，每100g炭黑的DBP吸收值應(yīng)不高于70ml；而高結(jié)構(gòu)顏料炭黑中，每100g炭黑的DBP吸收值應(yīng)不低于110ml。中結(jié)構(gòu)炭黑則居于兩者之間。結(jié)構(gòu)對(duì)顏料炭黑應(yīng)用性有實(shí)質(zhì)性的影響。（吸油值的測(cè)量參照ASTM D-2414 標(biāo)準(zhǔn)或GB/T 7046-2003）
4. pH 值
pH值和表面官能團(tuán)數(shù)量有關(guān)。爐法炭黑表面官能團(tuán)少，并存在少量的可溶性鹽，因此炭黑本身多呈中性或堿性。 為了改善炭黑的粘性，穩(wěn)定性以及流動(dòng)性， 有些色素炭黑可通過表面處理來改變表面官能團(tuán)數(shù)量，從而呈酸性。（pH值的測(cè)量參照GB/T 7045） |
