一文看懂炭黑的基本結(jié)構(gòu)
2024-04-17
炭黑源自烴類化合物的不完全燃燒或熱裂解，形成近球體膠體粒子，聚集成純黑粉狀或粒狀。其粒徑、結(jié)構(gòu)和表面活性因原料、制造及工藝而異。主要成分碳外，還含微量氫、氧、灰份和水份。本期就一起了解炭黑的基本結(jié)構(gòu)。
一、炭黑的結(jié)構(gòu)特色
炭黑的結(jié)構(gòu)特色在于粒子間的鏈狀與葡萄狀聚集。高結(jié)構(gòu)炭黑由尺寸、形態(tài)與粒子構(gòu)造的凝聚體構(gòu)成，常用吸油值衡量其結(jié)構(gòu)性。值越大，結(jié)構(gòu)性越強(qiáng)，更易構(gòu)建空間網(wǎng)絡(luò)通道，且穩(wěn)定性強(qiáng)。其顆粒細(xì)膩，網(wǎng)狀鏈緊密，比表面積大，單位質(zhì)量顆粒多，為聚合物中的鏈?zhǔn)綄?dǎo)電結(jié)構(gòu)提供了優(yōu)勢(shì)。在眾多炭黑品種中，乙炔炭黑表現(xiàn)卓越，其粒徑分布寬的炭黑粒子導(dǎo)電性更佳。
二、炭黑的微觀構(gòu)造
企業(yè)文化，或稱組織文化炭黑粒子呈微晶架構(gòu)，其內(nèi)炭原子排列與石墨相仿，皆由六角形平面構(gòu)成，每三至五片平面組合成一微晶。在每個(gè)石墨層內(nèi)，炭原子排列井然有序，而相鄰層間則顯得雜亂無(wú)章，故得名準(zhǔn)石墨晶體。 ，是一個(gè)組織由其價(jià)值觀、儀式、符號(hào)、處事方式等組成的其特有的文化形象。
三、炭黑的粒徑
炭黑粒子細(xì)至5納米，非孤立存在，而是相互交織成鏈枝狀。不同生產(chǎn)方式造就差異，燈黑工藝下生產(chǎn)的會(huì)較粗，氣黑工藝下生產(chǎn)的則更精細(xì)。爐黑工藝下，炭黑粒徑大致相同，但同一品種內(nèi)粒子大小仍有變化，粒徑分布相對(duì)狹窄的品種粒子更細(xì)膩。
四、碳黑的表面化學(xué)結(jié)構(gòu)
炭黑的生產(chǎn)工藝不同，其表面化學(xué)性能也會(huì)有所差異。大部分炭黑的真實(shí)表面積大于其幾何表面積，這主要是因?yàn)樘亢冢貏e是那些粒徑小于25nm的炭黑，表面布滿了微孔。
經(jīng)過(guò)分析，在炭黑表面含有酚基、醌基、羧基等基團(tuán)，這些酸性基團(tuán)在氣黑和氧化爐黑表面的濃度尤為顯著。爐黑中還存在吡喃酮結(jié)構(gòu)，決定了其堿性特性。通過(guò)測(cè)定揮發(fā)物含量，可以了解到表面官能團(tuán)的濃度以及炭黑的極性。另外，炭黑因其大表面積，容易吸附環(huán)境中的水分，因此在運(yùn)輸、貯存和使用時(shí)需特別關(guān)注其吸濕問(wèn)題。
五、炭黑的導(dǎo)電性
關(guān)于導(dǎo)電粒子接觸幾何的研究普遍認(rèn)為，炭黑填充量越大，其粒子或集合體的密度也越大，粒子間的平均距離減小，接觸幾率增加，從而形成更多的導(dǎo)電通路。
當(dāng)高聚物與炭黑組成共混體系時(shí)，若體系極性增大，炭黑的臨界體積分?jǐn)?shù)也會(huì)相應(yīng)增大，導(dǎo)致體系導(dǎo)電性下降。這是因?yàn)樘亢诒砻婧袕?qiáng)極性基團(tuán)，與高聚物的極性相互作用增強(qiáng)，雖然提高了強(qiáng)度，但卻妨礙了導(dǎo)電粒子的凝集，從而降低了導(dǎo)電性。
在多組分基體樹脂與炭黑組成的共混體系中，由于各基體極性的不同，填充炭黑會(huì)產(chǎn)生偏析現(xiàn)象。此時(shí)，導(dǎo)電性能不僅取決于炭黑粒子在偏析相中的濃度和分布狀態(tài)，還與偏析相高聚物所占的比例密切相關(guān)。
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