什么是炭黑？基础知识简易指南

碳黑是一种纯黑色粉末，也被称为碳烟。它由元素碳组成，是一种无定形的 碳.炭黑是许多行业用作基料的主要材料。碳氢化合物在空气不足的情况下燃烧会产生炭黑。与煤烟不同，炭黑不含任何无机污染物和可提取的有机残留物。

炭黑的特性

炭黑可以说是应用最广泛的纳米材料。它由直径从几十纳米到几百纳米的微晶结构组成。下表全面概述了炭黑的物理化学特性，总结了与工业相关的主要特征和特性。

颗粒大小

尺寸可以定义为炭黑颗粒的平均直径，通常由 10 纳米到 200 纳米不等。不同分布的颗粒尺寸不同，这与不同的生产工艺和原材料性质有关。

结构

炭黑由初级 "颗粒 "或 "结核 "组成，它们融合成刚性胶体实体，称为聚集体。这些结核由微型石墨堆组成，其 c 轴垂直于表面。

孔隙率

炭黑孔分为两种：微孔和介孔。前者指孔径小于 2 纳米，后者指孔径在 2 纳米至 50 纳米之间。这种孔隙可提高橡胶的耐老化性和耐磨性。

化学成分

炭黑的主要成分是元素碳（>97%）、氢、氧、硫和氮。

表面化学

炭黑表面的氧官能团（酚、醌、羧基）会影响其反应性、分散性和电气性能。炭黑氧化可改善炭黑颜料的分散性，同时还能降低 pH 值并改变硫化动力学。

密度

炭黑的密度介于体积密度和实际密度之间。不同类型的炭黑具有不同的堆积密度。其中，硫化炭黑和热解炭黑的堆积密度较高，而气相表面处理炭黑的堆积密度较低。

颜色

根据着色力和粒度的不同，炭黑一般分为高着色力炭黑、中着色力炭黑、普通着色力炭黑和低着色力炭黑。它具有良好的分散性能、着色力和较强的遮盖力。

可溶性

它具有不可逆的溶解特性，很难溶解成液态。不过，在某些特殊条件下，实际碳黑会部分溶解。

散热

炭黑的热分散性会影响橡胶产品的机械性能、耐热性和氧化稳定性。机械混合、湿法或干法加工是实现炭黑分散的典型方法。分散剂、表面改性剂和复杂的加工方法可使炭黑更均匀地分散。

炭黑有什么用途？

轮胎和橡胶工业

炭黑也是一类主要橡胶补强产品的总称。目前，全球生产和消费的炭黑中有 70% 用于橡胶轮胎工业。在轮胎中添加炭黑的目的是增强轮胎的耐磨性，提高轮胎的牵引力或抓地力，以及增强轮胎的耐用性和稳定性。

塑料和涂料

 塑料

炭黑可用于以下塑料：聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯和聚苯乙烯。 聚苯乙烯改善机械性能，如抗拉性和耐磨性，提高导电性、耐热性和耐候性。

涂料

它在以下方面发挥着重要作用 涂料 在建筑、汽车、火车车厢和轮船上使用。一般来说，涂料需要具备以下特性：高黑度、良好的流动性和良好的沉降稳定性。

传导和电子材料

炭黑的导电性与结构、表面和粒度密度有关，主要通过导电通道和场发射机制实现。

EMI 屏蔽

导电性可以通过炭黑-聚合物的复合材料来实现，主要以炭黑为主要原料，添加一定的填料和粘合剂。由于导电炭黑具有导电、抗静电和屏蔽电磁干扰的特性，因此也可用于生产电磁屏蔽材料。

炭黑等级

根据颗粒大小、结构（如表面积和 DBPA 值）和使用特性，其等级通常分为以下几类：

炭黑是如何制成的？

炉膛黑碳

它是由原料油在反应器中不完全燃烧产生的。

黑色通道

由天然气生产的油墨具有颗粒细小、比表面积大、黑度高、着色力强等优点。更多的氧官能团可以延缓橡胶硫化过程，提高油墨的流动性和印刷适性。

热敏黑

它主要是在无氧和无焰条件下通过高温天然气裂解制造而成。这种炭黑的比表面积小，表面含氧量低。

市场上的炭黑价格是多少？

原材料成本

炭黑主要使用煤焦油生产的原材料。近期，煤焦油市场价格的波动直接影响了生产成本。以今年 3 月份为例，煤焦油价格飙升了 645 美元/吨，推高了炭黑的成本。

市场供求关系

因此，在 2024 年初，亚洲的炭黑生产商预计需求将大幅增加，因此相应地增加了产量。然而，很快人们就发现，实际采购量与预计的不符。这造成了市场供应过剩。最近，由于季度末的到来，市场情况有所改善，价格也随之趋于稳定。

炭黑与石墨

化学特性

炭黑的化学性质相对活跃，而石墨的化学性质则具有稳定性、耐高温性和耐腐蚀性。 石墨 在水和有机溶剂中表现为不溶性。在高温下，它很容易与氧气或金属发生反应，分别形成氧化物或碳化物。

物理特性

石墨具有不同的链状或葡萄状聚集结构，其主要外观呈结晶状。石墨和炭黑都具有良好的导电性。

光学特性

石墨的黑度相对均匀，光散射能力强，因此不能用作有效的颜料。碳黑的黑度主要源于其吸收光线的能力；一般来说，粒度越细，黑度越高。

炭黑对环境的影响

能源消耗

炭黑的制造过程需要燃烧石油和天然气等大量能源。然而，过度消耗能源会导致资源过度利用和温室气体排放。

空气污染

炭黑生产会排放挥发性有机化合物和微粒物质，导致空气质量下降。

替代与可持续性

由于炭黑生产工艺的特性，除了可以利用太阳能和风能等清洁能源外，还可以采用废旧材料和替代性绿色材料。

结论

炭黑是现代工业中不可或缺的物质。由于其着色性高、导电性强、热分散性好等特点，在橡胶、塑料、涂料、油墨等领域具有非常重要的作用。炭黑可以满足不同行业对生产造成的环境污染的需求，但如何改进炭黑仍有待探索。