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炭黑中的白炭黑結構及種類、製作方法

2021-03-19 17:55:13
炭黑一般是指碳單質微粒,一般是由於有機物燃燒不充分,其中的氫元素和氧元素轉化爲水,而碳元素燃燒不充分,就會脫離分子,形成炭黑。
  
    炭黑的結構由炭黑顆粒聚集成鏈或葡萄的程度表示。由聚集體的尺寸和形狀以及每個聚集體中的顆粒數組成的聚集體組成的炭黑被稱爲高結構炭黑。常用的吸油值表示結構性質。吸油值越大,炭黑的結構性能越高,並且易於形成空間網絡通道並且不易損壞。高結構炭黑顆粒細,網絡密集,比表面積大,單位質量顆粒大,有利於聚合物中形成鏈狀導電結構,乙炔黑在許多炭黑品種中是優選的。具有寬粒徑分佈的炭黑顆粒比窄分佈的炭黑顆粒對聚合物更具導電性,並且這種現象在統計學上得到解釋。對於具有寬粒徑分佈的炭黑,少量大直徑顆粒需要大量,並且較小直徑的顆粒得到補償。具有相同平均粒度分佈的炭黑具有比窄炭黑更多的總顆粒。
 
首先需要說一下的就是炭黑和白炭黑不是一種物質,炭黑是一種無定形碳。輕、鬆而極細的黑色粉末,比表面積非常大,範圍從10-3000m2/g(國產3H-2000III型氮吸附比表面積儀測試),是有機物(天然氣、重油、燃料油等)在空氣不足的條件下經不完全燃燒或受熱分解而得的產物。比重1.8-2.1 由天然氣製成的稱“气黑”,由油类制成的称“灯黑”,由乙炔制成的称“乙炔黑”。此外还有“槽黑”“炉黑”。按炭黑性能区分有“补强炭黑”、“导电炭黑”、“耐磨炭黑”等。可作黑色染料,用於製造中國墨、油墨、油漆等,也用於做橡膠的補強劑。
  
  白炭黑是白色粉末狀X-射線無定形硅酸和硅酸鹽產品的總稱,主要是指沉澱二氧化硅、氣相二氧化硅、超細二氧化硅凝膠和氣凝膠,也包括粉末狀合成硅酸鋁和硅酸鈣等。白炭黑是多孔性物質,其組成可用SiO2?nH2O表示,其中nH2O是以表面羥基的形式存在。能溶於苛性鹼和氫氟酸,不溶於水、溶劑和酸(氫氟酸除外)。耐高溫、不燃、無味、無嗅、具有很好的電絕緣性。
 
炭黑的製作可分爲爐法、槽法、燈黑、氣黑,那麼白炭黑的製作方法又有哪些呢以及它的結構是什麼樣的,又都應用於哪些領域呢?
 
沉澱法白炭黑:
   沉澱法白炭黑又稱水合二氧化硅,其二氧化硅質量分數爲0.87一0.95,白度約爲95%,平均粒徑11一100nm,比表面積45一380m2·g-1,DBP吸收值1.60~2.40cm3·g-1。90%的白炭黑是沉澱法產品,因氣相法白炭黑價格昂貴,橡膠工業主要應用沉澱法白炭黑。沉澱法白炭黑可用於NR和sR,用以製造輪胎、膠鞋、膠管、膠帶、耐熱墊片、醫療用品及其它各種彩色或白色橡膠製品。
 
氣相法白炭黑:
   氣相法白炭黑又稱無水二氧化硅,是一種高純度超細白炭黑,其二氧化硅質量分數在0.998以上,平均粒徑8一19nm,比表面積130~480m2·g-1,DBP吸收值1.50~2.00cm3·g-1。它與沉澱法白炭黑相比,膠料粘度高,硫化膠的硬度、拉伸強度、定伸應力、扯斷伸長率、撕裂強度以及膠料的透明度更好。
 
   氣相法白炭黑適用於硅橡膠的補強。硅橡膠具有耐老化、耐高低溫和電絕緣性能等優良特性,但它是一種直鏈的高相對分子質量有機硅氧烷,分子鏈非常柔順,鏈間相互作用力較弱,其硫化膠的強度極低,無使用價值,必須進行補強才能應用。經氣相法白炭黑補強的硅橡膠物理性能有很大改善,其拉伸強度可提高20倍左右,撕裂強度提高40倍左右,可滿足硅橡膠的補強及後硫化時不起氣泡的需求。氣相法白炭黑的價格較高,因此主要用於硅橡膠,可用於製造v帶、膠輥、膠管、電纜、油封及發泡製品。
 
鑑於此,要選擇哪種炭黑,還要根據自己行業的產品需求來定。
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