黑的生產(chǎn)工藝不同,則表面的化學(xué)性能也有差別。大多數(shù)炭黑的真實(shí)表面積大于由粒徑計(jì)算出的幾何表面積。這是由于炭黑特別是粒徑小于25nm的炭黑表面存在許多微孔。
據(jù)分析,可在炭黑表面檢測如酚基、醌基、羧基等基團(tuán),這些酸性基團(tuán)濃度在氣黑和氧化爐黑的表面特別高。在爐黑中可檢測到吡喃酮結(jié)構(gòu),這種結(jié)構(gòu)決定了爐黑的堿性性質(zhì)。揮發(fā)份含量可判斷表面官能團(tuán)的濃度,也可測得炭黑的極性。另外由于炭黑的表面積較大,容易吸附揮發(fā)份環(huán)境中的水分,所以炭黑在運(yùn)輸,貯存及使用過程中要特別注意吸濕問題。
大部分都是探討導(dǎo)電粒子接觸的幾何學(xué)研究。該理論認(rèn)為,炭黑填充量越大,處于分散狀態(tài)的炭黑粒子或炭黑粒子集合體的密度也越大,粒子間的平均距離越小,相互接觸的幾率越高,炭黑粒子或炭黑粒子集合體形成的導(dǎo)電通路也越多。不同極性的高聚物與炭黑組成共混體系的極性越大,炭黑臨界體積分?jǐn)?shù)就越大,意味著體系的導(dǎo)電性下降,因?yàn)樘亢诒砻婧泻軓?qiáng)的極性基團(tuán),基體極性大,作用增強(qiáng),這時強(qiáng)度增加,卻妨礙導(dǎo)電粒子自身的凝集,以致導(dǎo)電性差。但是在多組分基體樹脂與炭黑組成的共混體系中,由于不同基體的極性不同,填充炭黑會產(chǎn)生偏析現(xiàn)象,這時導(dǎo)電性能取決于炭黑粒子在偏析相中的濃度和分布狀態(tài),還取決于偏析相高聚物所占比例。
黑度
黑度是指炭黑所具有的黑色呈現(xiàn)強(qiáng)度。炭黑作著色時,黑度主要基于對光的吸收,對于特定濃度的炭黑,炭黑越細(xì)小,則光吸收程度越高。黑度除了受炭黑內(nèi)部的光吸收外,也受由于粒子表面幾何機(jī)構(gòu)的影響而產(chǎn)生了具有增亮效應(yīng)的光散射,這會降低黑度。隨著粒徑的減小,光散射程度降低。只有對于很細(xì)的炭黑,提高炭黑的濃度才能提高黑度,對于粗大的炭黑,具支配因素的光散射程度因炭黑數(shù)增加而提高,黑度反而相應(yīng)降低。
著色強(qiáng)度
著色強(qiáng)度可以理解為抵消白色顏料增白能力的效果。著色強(qiáng)度也是隨著原生粒子的粒徑減小和結(jié)構(gòu)的減小而提高。
色調(diào)
“炭黑粒子”的光散射程度,隨著粒徑的減小而降低,除了影響增光效應(yīng),也影響色調(diào),原因如下: 當(dāng)可將光穿過一主色為黑色的著色層時,短波的藍(lán)光比長波的紅光的散射效應(yīng)更強(qiáng)烈。炭黑越細(xì),這種效應(yīng)越顯著。紅光成分由于散射損失較小,因此進(jìn)入著色層的深度大一些。藍(lán)光總體散射強(qiáng)烈,在相反方向,即后方的散射也強(qiáng)烈,于是又從著色層中反射出來。當(dāng)觀察反射過程時,經(jīng)細(xì)炭黑著色的出現(xiàn)藍(lán)調(diào),會給人黑度更高的感覺。如果炭黑粗大,則相應(yīng)地呈現(xiàn)棕調(diào)。當(dāng)觀察透射過程時,相同的著色層(不完全透明的薄膜)的色調(diào)關(guān)系正好相反,隨著粒徑的減小,散射較強(qiáng)的藍(lán)光穿過著色層的深度較小,即藍(lán)光穿過著色層至另一面成分較少,從另一面穿出來。因此,由于在觀察的那一面缺少藍(lán)光成分,著色層在透射過程中觀察時,便呈現(xiàn)棕調(diào)。當(dāng)以鈦調(diào)灰(灰調(diào))時的情形,與在透射過程中觀察主色的著色狀況相似,光線在含有黑色顏料塑料片中的白顏料中來回散射,越小粒徑的炭黑,會使可見光內(nèi)藍(lán)光的散射越強(qiáng),因此較多其余的紅光部分便透射過來,呈現(xiàn)出帶黃調(diào)的灰色,相反地,如著色時用粗粒徑的炭黑,尤其是較為粗大的燈黑,則會得到帶藍(lán)調(diào)的灰色。
分散性
顏料黑越細(xì),炭黑聚集體之間接觸點(diǎn)便越多,結(jié)果它們之間內(nèi)聚力越強(qiáng),當(dāng)把顏料黑摻入料,即開始進(jìn)行始炭黑均勻分布時,則對分散要作的功便大,以把炭黑粒子分隔開來,終達(dá)到的黑度和著色。與高結(jié)構(gòu)炭黑相比,低結(jié)構(gòu)炭黑較有可能達(dá)到高的濃度,但在分散過程中卻因此需要較大分散力。炭黑的分散性能受結(jié)構(gòu)程度的影響,由于高結(jié)構(gòu)炭黑具有良好的分散性能,所以其著色強(qiáng)度也就自然較強(qiáng)。
在使用粉狀炭黑時,會出現(xiàn)分散及令人頭疼的灰塵問題,因此,可使用母粒或漿狀物。
預(yù)制炭黑的價格要比單純使用顏料黑要高,但若考慮到清潔的工序、高的效率及技術(shù)少的優(yōu)點(diǎn),炭黑制劑是有其價值的。
光穩(wěn)定性
光會使塑料老化,尤其是陽光中的紫外線會加速塑料的老化。在配合運(yùn)用有機(jī)紫外光吸收劑和抗氧化劑可使壽命延長。然而顏料黑仍然被認(rèn)為的紫外線穩(wěn)定劑。
顏料黑作為紫外光吸收劑,主要用作延長塑料制品在戶外使用壽命。
濃度為0.5%的小粒徑炭黑(20 nm)與2%的相對粗粒徑的炭黑(95 nm)差不多具有同樣的光保護(hù)作用
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