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炭黑中的白炭黑结构及种类、制作方法

2021-03-19 17:55:13
炭黑一般是指碳单质微粒,一般是由于有机物燃烧不充分,其中的氢元素和氧元素转化为水,而碳元素燃烧不充分,就会脱离分子,形成炭黑。
  
    炭黑的结构由炭黑颗粒聚集成链或葡萄的程度表示。由聚集体的尺寸和形状以及每个聚集体中的颗粒数组成的聚集体组成的炭黑被称为高结构炭黑。常用的吸油值表示结构性质。吸油值越大,炭黑的结构性能越高,并且易于形成空间网络通道并且不易损坏。高结构炭黑颗粒细,网络密集,比表面积大,单位质量颗粒大,有利于聚合物中形成链状导电结构,乙炔黑在许多炭黑品种中是优选的。具有宽粒径分布的炭黑颗粒比窄分布的炭黑颗粒对聚合物更具导电性,并且这种现象在统计学上得到解释。对于具有宽粒径分布的炭黑,少量大直径颗粒需要大量,并且较小直径的颗粒得到补偿。具有相同平均粒度分布的炭黑具有比窄炭黑更多的总颗粒。
 
首先需要说一下的就是炭黑和白炭黑不是一种物质,炭黑是一种无定形碳。轻、松而极细的黑色粉末,比表面积非常大,范围从10-3000m2/g(国产3H-2000III型氮吸附比表面积仪测试),是有机物(天然气、重油、燃料油等)在空气不足的条件下经不完全燃烧或受热分解而得的产物。比重1.8-2.1 由天然气制成的称“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,用于制造中国墨、油墨、油漆等,也用于做橡胶的补强剂。
  
  白炭黑是白色粉末状X-射线无定形硅酸和硅酸盐产品的总称,主要是指沉淀二氧化硅、气相二氧化硅、超细二氧化硅凝胶和气凝胶,也包括粉末状合成硅酸铝和硅酸钙等。白炭黑是多孔性物质,其组成可用SiO2?nH2O表示,其中nH2O是以表面羟基的形式存在。能溶于苛性碱和氢氟酸,不溶于水、溶剂和酸(氢氟酸除外)。耐高温、不燃、无味、无嗅、具有很好的电绝缘性。
 
炭黑的制作可分为炉法、槽法、灯黑、气黑,那么白炭黑的制作方法又有哪些呢以及它的结构是什么样的,又都应用于哪些领域呢?
 
沉淀法白炭黑:
    沉淀法白炭黑又称水合二氧化硅,其二氧化硅质量分数为0.87一0.95,白度约为95%,平均粒径11一100nm,比表面积45一380m2·g-1,DBP吸收值1.60~2.40cm3·g-1。90%的白炭黑是沉淀法产品,因气相法白炭黑价格昂贵,橡胶工业主要应用沉淀法白炭黑。沉淀法白炭黑可用于NR和sR,用以制造轮胎、胶鞋、胶管、胶带、耐热垫片、医疗用品及其它各种彩色或白色橡胶制品。
 
气相法白炭黑:
    气相法白炭黑又称无水二氧化硅,是一种高纯度超细白炭黑,其二氧化硅质量分数在0.998以上,平均粒径8一19nm,比表面积130~480m2·g-1,DBP吸收值1.50~2.00cm3·g-1。它与沉淀法白炭黑相比,胶料粘度高,硫化胶的硬度、拉伸强度、定伸应力、扯断伸长率、撕裂强度以及胶料的透明度更好。
 
    气相法白炭黑适用于硅橡胶的补强。硅橡胶具有耐老化、耐高低温和电绝缘性能等优良特性,但它是一种直链的高相对分子质量有机硅氧烷,分子链非常柔顺,链间相互作用力较弱,其硫化胶的强度极低,无使用价值,必须进行补强才能应用。经气相法白炭黑补强的硅橡胶物理性能有很大改善,其拉伸强度可提高20倍左右,撕裂强度提高40倍左右,可满足硅橡胶的补强及后硫化时不起气泡的需求。气相法白炭黑的价格较高,因此主要用于硅橡胶,可用于制造v带、胶辊、胶管、电缆、油封及发泡制品。
 
鉴于此,要选择哪种炭黑,还要根据自己行业的产品需求来定。
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