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「碳黑」炭黑CARBON BLACK

来源:碳黑工业 | 作者:德隆导电炭黑 | 发布时间: 2023-11-09 | 597 次浏览 | 分享到:

碳黑

碳黑

CAS号:1333-86-4

EC/列表号:215-609-9

炭黑(亚型为乙炔黑、槽法炭黑、炉黑、灯黑和热裂炭黑)是由重质石油产品(例如流化催化裂化焦油、煤焦油、乙烯裂化焦油或植物物质)不完全燃烧产生的材料。

炭黑是一种准晶碳,具有较高的表面积与体积比,但低于活性炭。

炭黑与烟灰的不同之处在于其表面积与体积比高得多,并且多环芳烃(PAH)含量显着降低(可忽略且不可生物利用)。然而,炭黑被广泛用作柴油氧化实验中柴油烟灰的模型化合物。炭黑主要用作轮胎和其他橡胶制品的补强填料。在塑料、油漆和油墨中,炭黑被用作彩色颜料。

如果炭黑由植物物质(E153)生产,则在某些地方(例如欧盟)会用作食品着色剂。

目前国际瘥症研究机构(1ARC)的评价是:“炭黑可能对人类致癌(2B类)”。短期接触高浓度炭黑粉尘可能会因机械刺激而导致上呼吸道不适。

纯净的炭黑是一种精细的黑色粉末,主要由碳元素组成,是使我们日常使用的许多产品更坚固、颜色更深、更持久的重要组成部分。炭黑是通过在受控工艺条件下在高温下部分燃烧和热解低价值油渣而生产的。

炭黑主要用于增强轮胎中的橡胶,但也可在各种橡胶、塑料、油墨和涂料应用中充当颜料、紫外线稳定剂以及导电或绝缘剂。

除轮胎外,炭黑的其他日常用途包括软管、传送带、塑料、印刷油墨和汽车涂料。

炭黑,任何一种深黑色、细碎形式的无定形碳,通常以碳氢化合物部分燃烧的烟灰形式获得,主要用作汽车轮胎和其他橡胶产品的增强剂,也用作高遮盖力的极黑颜料用于印刷油墨、油漆和复写纸。炭黑还用于电子电路的保护涂层、塑料和电阻器。作为补强填料,它大大提高了耐磨性。标准汽车轮胎重量的大约四分之一是炭黑。对于需要避免积聚静电荷的车辆(例如油车和医院手术车)的轮胎,需要添加更多的炭黑以使橡胶导电。

炭黑颗粒通常呈球形,并且结晶程度不如石墨。

如果在3,000°C(5.400°F)下长时间加热,炭黑会变成石墨。在已知的最细碎材料中,炭黑的粒径变化很大,具体取决于其制造工艺。

槽形黑色或冲击黑色是由微小喷射流喷出的烟色火焰冲击铁槽形而形成的;通过在固定刮刀上移动通道来刮掉沉积的黑色。炉黑是在耐火室中通过任何各种类型的气态或液态烃的不完全燃烧而制成的。当碳氢化合物通过与加热的耐火材料接触而分解时,在没有空气的情况下产生热裂炭黑。

油黑是已知最古老的黑色颜料,是通过在浅锅中燃烧油(通常是煤焦油杂酚油)而产生的,炉内的通风经过调节以产生浓烟云。乙炔黑是在没有空气的情况下在耐火室中通过预热至800°C(1.500°F)的乙炔气体分解产生的。炭黑用于需要高导电性的应用,例如干电池。

炭黑由主要由碳组成的细颗粒组成。

炭黑的各种特性在生产中通过部分燃烧石油或气体来控制。

炭黑广泛应用于从报纸油墨的黑色着色颜料到高科技材料的导电剂等各种用途。

炭黑实际上是胶体颗粒形式的纯元素碳,是由气态或液态烃在受控条件下不完全燃烧或热分解产生的。炭黑的物理外观是黑色、细碎的颗粒或粉末。

炭黑在轮胎、橡胶和塑料制品、印刷油墨和涂料中的应用与比表面积、粒径和结构、导电性和颜色等性能有关。按年产量计算,炭黑也是全球生产的前50名工业化学品之一。目前全球产量约为每年180亿磅[810万吨]。大约90%的炭黑用于橡胶应用,9%作为颜料,其余1%作为数百种不同应用的基本成分。

炭黑是已知颜色最深、分布最广泛的材料之一。

从化学角度来说,炭黑是一种胶体形式的元素碳,由95%至99%的碳组成。

在专门设计的反应器中制造,内部温度在2600°至3600°F范围内运行,可以生产具有不同聚集体尺寸和结构的不同等级的炭黑。炭黑并不是烟囱或废气中产生的不需要的副产品烟灰。

炭黑是一种工业生产的原材料,具有明确的特性,如初级粒径、表面和结构。炭黑是一种高科技产品,可以按照规定的参数/性能进行重复生产。炭黑通常含有超过95%的纯碳以及极少量的氧、氢和氨。

炭黑的特性主要取决于制造工艺/方法,因此炭黑按制造工艺进行分类。

制造方法包括炉法、煤气法、灯法和热炭黑工艺。

全球炭黑年产量的98%以上是通过炉黑工艺生产的。

轮胎呈黑色是有原因的。

炭黑是因为橡胶中混入了称为“炭黑”的细碳颗粒。事实上,炭黑约占轮胎重量的30%。炭黑的作用是使轮胎更坚固、更耐用。

喷墨打印机使用的黑色墨水和许多工业产品的橡胶部件中也含有炭黑。炭黑的纳米级颗粒意味着它具有广泛的应用范围。它是许多新开发产品的重要组成部分,在我们生活的许多方面发挥着作用。

炭黑是碳的同素异形体。

炭黑是石墨的近亲,与金刚石的关系较差。

炭黑独特的形态和晶体结构有助于提供每克巨大的表面积。

炭黑的实际历史及其用途可以填满书架。

以下是一些亮点:

在法国Themines的Roucadour洞穴墙壁上发现的手部图像是由大约24.000-28.000年前的炭黑混合物制成的很久以后,古腾堡于1450年发明了活字印刷术,导致油墨行业对炭黑的需求不断增长

最近,1879年,“(托马斯)爱迪生开始心不在焉地在手指之间滚动一块压缩的灯黑(炭黑),直到它变成细长的线……”到1910年,古德里奇轮胎公司开始用炭黑替代汽车轮胎中的白色颜料,从而使道路磨损增加100倍,拉伸强度增加1008%

没有炭黑,现代汽车文化就不可能存在。

想象一下,每行驶450英里就必须丢弃已经磨损的轮胎。

炭黑很难找到不含一定量炭黑的黑色产品(食品除外)。

炭黑并不是产品中使用的唯一黑色颜料。另一个例子是由骨头热解制成的骨黑。

这种颜料存在于一系列需要低毒性、特定黑色色调和缺乏强化的产品中。骨黑存在于艺术家的颜料和打印机的墨水中炭黑是细碎碳的总称。炭黑是通过石油原料的不完全燃烧产生的。在放大倍率下,可以测量炭黑颗粒的组成。初级粒子的测量单位为纳米(mμ)。

初级粒子通过范德华力结合形成紧密结合的团簇,称为聚集体。聚集体的尺寸和形状决定了炭黑的结构。高度结构化的炭黑由许多炭黑颗粒组合成多支链聚集体组成。

聚集体松散地结合形成附聚物。

炭黑是一种商业形式的固体碳,通过高度控制的工艺制造,以生产特殊设计的碳颗粒聚集体,这些碳颗粒聚集体的粒径、聚集体尺寸、形状、孔隙率和表面化学性质各不相同。

炭黑通常含有超过95%的纯碳以及极少量的氧、氢和氮。

在制造过程中,形成的炭黑颗粒尺寸范围为10 nm至约500 nm。它们融合成链状聚集体,定义了各个炭黑等级的结构。炭黑用于多种材料,以增强其物理、电学和光学性能。炭黑最大的用途是作为橡胶产品中的增强材料和性能添加剂。

在橡胶混炼中,天然和合成弹性体与炭黑、元素硫、加工油和各种有机加工化学品混合,然后加热生产各种硫化橡胶产品。在这些应用中,

炭黑提供补强作用并提高弹性、撕裂强度、导电性和其他物理性能。

炭黑是轮胎部件(例如胎面、胎侧和内衬层)、机械橡胶制品(“MRG”)(包括工业橡胶制品)中使用最广泛且最具成本效益的橡胶补强剂(通常称为橡胶炭黑)、膜屋顶、汽车橡胶部件(例如密封系统、软管和防振部件)以及一般橡胶制品(例如软管、皮带、垫圈和密封件)。除了橡胶增强材料之外,炭黑还用作黑色颜料和添加剂,以增强材料性能,包括导电性、粘度、静电控制和紫外线防护。这种类型的炭黑(通常称为特种炭黑)用于涂料、聚合物和印刷行业的各种应用,以及各种其他特殊应用。在涂料行业,经过处理的细颗粒炭黑

是深黑色涂料的关键。

汽车工业要求黑色颜料具有最高的黑度和蓝色底色。

小粒径炭黑满足这些要求。

较粗的炭黑提供更偏棕色的底色,通常用于着色,对于获得所需的灰色色调或色调是必不可少的。在聚合物工业中,细颗粒炭黑用于获得深黑色。

炭黑的一个主要属性是它能够吸收有害的紫外线并将其转化为热量,从而使聚丙烯和聚乙烯等聚合物更能抵抗阳光紫外线辐射的降解。特种炭黑还用于电线和电缆的聚合物绝缘材料。特种炭黑还提高了广泛用于建筑中的聚苯乙烯的绝缘性能。在印刷行业中,炭黑不仅用作颜料,还可以实现最佳印刷质量所需的粘度。后处理炭黑可以有效利用油墨中的粘合剂,以获得最佳的系统性能。新的特种炭黑正在持续开发中,为无冲击印刷的创新步伐做出了贡献。

炭黑是一种深黑色粉末,用作眼线笔、睫毛育和口红等化妆品中的颜料。炭黑是由煤焦油等碳基产品不完全燃烧产生的,与症症发病率增加和对器官的负面影响有关。

炭黑是一种黑色特殊化学品,有粉末或珠状形式。

炭黑是通过高度控制的工艺制造的,含有超过95%的纯碳和其他成分,包括氧、氢和氮。

黑色颗粒的直径为10 nm至约10nm。500 nm大并融合成链状聚集体,定义了各个炭黑等级的结构。根据生产工艺的不同,炭黑类型在尺寸、表面化学、孔隙率和许多其他特性方面有所不同。在后处理过程中,炭黑中的氧气百分比可以根据需要改变。

炭黑用于多种行业。

通过增强各种材料的物理、电学和光学特性,炭黑使最终产品达到最佳性能。

炭黑可以与添加剂、弹性体或粘合剂混合并整合到客户现有的配方中,也可以以称为“制剂”的形式进行预处理。制备方法是炭黑和其他添加剂的混合物并简化生产。

大多数炭黑等级的性能由德国标准化协会(DIN)、国际标准化组织(ISO)和美国材料与试验协会(ASTM)制定的行业标准决定。这些标准不仅用作衡量炭黑类型特征的标准,而且还用作生产过程的质量保证工具。

炭黑很早就被用作颜料。

炭黑是通过在空气供应非常有限的情况下加热木材或其他植物材料制成的。各个时期的艺术家都使用木炭棒进行素描,在绘画的底层可以找到他们的作品痕迹。炭黑用于油画和水彩画。如今,炭黑用于复印机和激光打印机碳粉。炭黑易于制备且具有优异的遮盖力。

炭黑只是黑色颜料的俗称,传统上由炭化木材等有机材料制成。名称有很多种,每个名称都反映了生产特定炭黑的传统方法。最重要的是:

炭黑是一种特种产品,由细粉末状的固体碳组成。

来自石油的炭黑通常是通过高芳烃渣油材料的热分解和部分燃烧而生产的,特别是来自蒸汽裂化器的FCC浆料和沥青。炭黑的主要用途是作为橡胶(轮胎)生产中的填料以及作为油墨和油漆中的颜料(黑色)。

对于炼油厂来说,炭黑生产是提高FCC浆料价值的一种途径,否则FCC浆料是一种价值非常低的产品,通常混合到渣油中。炭黑纳米粒子或纳米粉末是一种导电、无污染的粉末,通过严格控制的燃烧过程中的高温(1300℃)碳化而产生。炭黑纳米粉末的应用包括电子、塑料、涂料、油墨和绿色技术。

American Elements生产许多适用的标准等级,包括Mi Spec(军用等级);ACS,试剂级和技术级;食品、农业和医药级;光学级、USP和EP/BP(欧洲药典/英国药典)并遵循适用的ASTM测试标准。提供典型和定制包装,以及额外的研究、技术和安全(MSDS)数据。请联系我们以获取有关上述交货时间和定价的信息。

烟灰与炭黑类似,在古埃及被用来在纸莎草上写字,在中国古代则被用来在竹条上写字。大约在二世纪造纸方法确立时,炭黑生产成为一种家庭手工业。1892年采用槽法生产炭黑,1947年采用油炉法生产炭黑,随后在工业中得到广泛应用。

炭黑最常见的用途(70%)是作为汽车轮胎中的颜料和补强相。

炭黑还有助于将热量从轮胎的胎面和带束区域传导出去,减少热损伤并延长轮胎寿命。世界产量的大约20%用于皮带、软管和其他非轮胎橡胶制品。余量主要用作油墨、涂料和塑料中的颜料。

聚丙烯中添加炭黑是因为它可以吸收紫外线辐射,否则会导致材料降解。炭黑颗粒还用于一些雷达吸收材料、复印机和激光打印机墨粉以及其他油墨和油漆中。炭黑的高着色强度和稳定性也可用于树脂和薄膜的着色。炭黑已用于电子领域的各种应用。

炭黑是一种良好的电导体,可用作塑料、弹性体、薄膜、粘合剂和油漆中的填料。炭黑用作汽车油箱盖和管道中的抗静电添加剂。

来自植物的炭黑被用作食用色素,在欧洲被称为添加剂E153。

炭黑在澳大利亚和新西兰被批准用作添加剂153(炭黑或植物碳),但在美国已被禁止。彩色颜料炭黑多年来已广泛应用于食品和饮料包装。在美国、欧洲和亚洲部分地区以及南非,炭黑被用于多层超高温灭菌奶瓶,在新西兰,炭黑被用于微波炉餐盘和肉盘等物品。

炭黑的最大用途是作为橡胶产品(尤其是轮胎)中的补强填料。

纯苯乙烯-丁二烯硫化胶的拉伸强度不超过2MPa,耐磨性可忽略不计,而与按重量计50%的炭黑混合可提高其拉伸强度和耐磨性,如下表所示。炭黑在航空航天工业中经常用于飞机振动控制部件(例如发动机支架)的弹性体。

实际上,所有拉伸和磨损性能很重要的橡胶产品都使用炭黑,因此它们的颜色是黑色的。当物理性能很重要但需要黑色以外的颜色时,例如白色网球鞋,沉淀二氧化硅或气相二氧化硅已替代炭黑。二氧化硅基填料在汽车轮胎中也赢得了市场份额,因为它们具有较低的滚动损失,可以更好地平衡燃油效率和湿地操控性。传统上二氧化硅填料的耐磨性能较差,但技术已逐渐改进到可以与炭黑耐磨性能相媲美的程度。

炭黑(Color Index International,PBK-7)是一种常见黑色颜料的名称,传统上由炭化有机材料(例如木材或骨头)生产。炭黑呈现黑色是因为它反射光谱可见部分的光非常少,反照率接近于零。实际反照率因原材料和生产方法而异。炭黑有多种名称,每个名称都反映了生产炭黑的传统方法:

象牙黑传统上是通过炭化象牙或骨头制成的(参见骨炭)。传统上,葡萄黑是通过炭化干燥的葡萄滕和茎来生产的。传统上,灯黑是通过收集油灯的烟灰来生产的。自史前时代以来,所有这些类型的炭黑都被广泛用作油漆颜料。

伦勃朗、维米尔、凡戴克以及最近的塞尚、毕加索和马奈在他们的画作中使用了炭黑颜料。典型的例子是马奈的《杜伊勒里宫的音乐》,其中的黑色礼服和男士帽子被漆成象牙黑色。

生产炭黑的新方法已在很大程度上取代了这些传统来源。

出于手工目的,通过任何方式生产的炭黑仍然很常见。

所有炭黑的表面都具有不同程度的化学吸附氧络合物(即羧基、醌基、内酯基、酚基等),具体取决于制造条件。这些表面氧基团统称为挥发物含量。由于其挥发性成分,炭黑也被认为是一种非导电材料。涂料和油墨行业更喜欢酸氧化的炭黑。

在制造过程中,在高温干燥机中喷洒酸,以改变黑色固有的表面化学性质。黑色表面区域化学键合氧的数量增加,以增强性能特征。

纯净的炭黑是一种精细的黑色粉末,主要由碳元素组成,是使我们日常使用的许多产品更坚固、颜色更深、更持久的重要组成部分。

炭黑是通过在受控工艺条件下在高温下部分燃烧和热解低价值油渣而生产的。

炭黑主要用于增强轮胎中的橡胶,但也可在各种橡胶、塑料、油墨和涂料应用中充当颜料、紫外线稳定剂以及导电或绝缘剂。除轮胎外,炭黑的其他日常用途包括软管、传送带、塑料、印刷油墨和汽车涂料。

大量炭黑主要用于轮胎中,作为优良的橡胶补强材料。

炭黑也是一种优良的黑色颜料着色剂,因此广泛用于印刷油墨、树脂着色、涂料和调色剂。此外,炭黑还用作各种其他应用中的导电剂,包括抗静电薄膜、纤维和软盘。

国际纯粹和应用化学联合会名称:

炭黑