碳黑

碳黑是无定形碳。轻、松散极细的黑色粉末，比表面积很大，从10-3000m2/g，是有机物（天然气、重油、燃料油等）空气不足条件下不完全燃烧或热分解得到的产物。比重1.8-2.由天然气制成的秤“气黑”，表示用油做的“灯黑”，表示由乙炔制成“乙炔黑”此外还有“槽黑”炉黑”根据炭黑的性质，有“补强炭黑”导电炭黑”耐磨炭黑”等。它可以被用作制造中国墨的黑色染料、油墨、油漆等也用作橡胶的增强剂。据记载，中国是世界上最早生产炭黑的国家之一。

碳黑

2017年10月27日，初步整理了世界卫生组织国际癌症研究机构公布的致癌物名单，以供参考，炭黑在2B类致癌物名单中。

中国是世界上最早生产炭黑的国家之一。在古代，人们燃烧动植物油、松散的树枝，收集火烟凝结而成的黑灰，用于制备墨水和黑色颜料。这种被称之为“炱”黑灰是最早的炭黑。

1821年，人们在北美首次从天然气中生产出炭黑从此，炭黑不再“炱”那么简单，它是“气态或液态碳氢化合物在空气不足的情况下不完全燃烧或热分解生成的无定形碳是疏松的、轻而极细的黑色粉末”大型油气田相继被开采，源源不断的原料供应将炭黑的生产从手工操作推向了大规模工业化时代。

1912年发现炭黑可以补强橡胶，从此炭黑逐渐成为橡胶工业不可或缺的原料。生胶在世界橡胶工业原材料消耗中排名第一，炭黑排名第二；换句话说，炭黑已经成为用量最大的橡胶配合剂。炭黑的消耗量一般占橡胶消耗量的40%～50%换句话说，在橡胶配方中，通常每两份橡胶使用一份炭黑。

炭黑的结构用炭黑颗粒聚集成链或葡萄状的程度来表示。由凝聚体的尺寸、炭黑由聚集体组成，聚集体的形态和每个聚集体中的粒子数称为高结构炭黑。吸油值通常用于表示结构吸油值越大，炭黑的结构越高，容易形成空间网络通道，不易破坏。高结构炭黑颗粒细小，网络链密集，比表面积大，单位质量颗粒多，有利于聚合物中链状导电结构的形成，其中乙炔炭黑是众多炭黑品种中的佼佼者。宽粒径分布的炭黑粒子比窄粒径分布的炭黑粒子能赋予聚合物更多的导电性，并用统计学方法解释了这一现象。对于粒径分布较宽的炭黑，需要用大量直径较小的颗粒来补偿少数大直径颗粒具有宽平均粒度分布的炭黑比具有窄分布的炭黑具有更多的总颗粒。

形成

炭黑一般指碳颗粒一般是由于有机物燃烧不充分，其中氢氧元素转化为水，而碳元素会脱离分子形成炭黑。

形态

炭黑是由碳组成的，但它通常被归类为无机颜料。炭黑是烃类在气相中不完全燃烧或热裂解形成的黑色粉末状物质。由于生产工艺的不同，通过不同的工艺条件可以得到不同性能的各种产品。

1）炭黑的微观构造

炭黑颗粒具有微晶结构在炭黑中，碳原子的排列类似于石墨，形成六边形平面通常，3~5个这样的层形成一个微晶由于炭黑微晶各石墨层中碳原子的排列是有序的，相邻层之间碳原子的排列是无序的，所以又称为准石墨晶体。

2）炭黑的粒径

颜料炭黑的颗粒细度可以低至5nm一般来说，炭黑颗粒不是孤立存在的，而是多个颗粒通过碳晶体层相互渗透形成链状。通过不同的生产工艺可以获得具有宽范围粒度的炭黑颗粒灯黑生产工艺得到的产品比较粗糙，气黑生产工艺得到的产品比较精细。

几乎所有粒度范围的炭黑都可以通过炉黑生产工艺获得同一品种炭黑的粒径并不完全相同，呈现出一个粒径分布范围。一般来说，颗粒越细的品种，粒径分布越窄。

型号：N330

指标：GB3778―2003标准）

项目单位指标标准质量体系

吸碘值g/kg82±7

吸油值10―5m3/kg102±7

压缩样品的吸油值为10―5m3/kg80―96

CTAB吸附比表面积为103m2/kg73―91

STSA103m2/kg75±9

氮气吸附比表面积为103m2/kg71―85

着色强度%96―112

加热减量%≦1.

倾注密度kg/m3380 40

PH值%≦―

灰分%≦0.5

45目筛余物%≦0.001

325目筛余物%≦0.02

100目筛余物%≦0.1

杂质无

300%定伸应力-9±1.6 

化学性质

不同生产工艺的炭黑表面化学性质不同。大多数炭黑的真实表面积大于根据粒度计算的几何表面积。这是因为炭黑，尤其是粒径小于25nm的炭黑，表面有很多微孔。

据分析，在炭黑表面可以检测到酚基、醌基、羧基等基团，这些酸性基团在气黑和氧化炉黑表面的浓度特别高。炉黑中可以检测到吡喃酮结构，这决定了炉黑的碱性。挥发分含量可以用来判断表面官能团的浓度，也可以测量炭黑的极性。此外，由于炭黑表面积大，在挥发性环境中容易吸潮，因此在运输储存和使用过程中要特别注意炭黑的吸潮问题。

其中大部分是关于导电粒子接触的几何研究。根据这一理论，炭黑填充量越大，分散状态下的炭黑颗粒或炭黑颗粒聚集体的密度越大，颗粒间的平均距离越小，相互接触的概率越高，炭黑颗粒或炭黑颗粒聚集体形成的导电路径越多。不同极性的聚合物与炭黑组成的共混体系极性越大，炭黑的临界体积分数越大，意味着体系的电导率下降由于炭黑表面含有强极性基团，基体具有极性，效果增强此时强度增加，但阻碍了导电颗粒的聚集，导致导电性差。但在多组分基体树脂和炭黑组成的共混体系中，由于不同基体的极性不同，填充的炭黑会发生离析此时，电导率取决于炭黑颗粒在分凝相中的浓度和分布，也取决于高聚物在分凝相中的比例。

黑度

黑度是指炭黑的黑色呈现强度。炭黑着色时，黑度主要是基于对光的吸收对于特定浓度的炭黑，炭黑越细，光吸收程度越高。黑度不仅被炭黑内部的光吸收，而且由于颗粒表面几何形状的影响，被具有增亮效果的光散射，会降低黑度。随着粒径的减小，光散射程度降低。1]只有对于极细的炭黑，增加炭黑的浓度才能提高黑度对于粗炭黑，优势光散射度随着炭黑数的增加而增加，但黑度相应降低。

着色强度

着色强度可以理解为抵消白色颜料增白能力的效果。着色强度也随着初级粒子的粒径和结构的减小而增加。

色调

炭黑粒子”光散射的程度随着粒径的减小而减小，不仅影响增亮效果，还会影响色调，原因如下：当光线可以穿过一个主色为黑色的有色层时，短波蓝光的散射作用比长波红光的散射作用更强。炭黑越细，这种影响越明显。因为红光成分的散射损耗小，所以红光成分进入着色层的深度较大。蓝光一般是强散射，也是反方向强散射，也就是后方，然后从有色层反射。在观察反射过程时，被精细炭黑着色后出现蓝色色调，会给人一种黑度更高的感觉。如果炭黑较粗，它会相应地呈现棕色。当观察传输过程时，同样的彩色层（不完整透明膜）随着粒径的减小，强散射的蓝光穿过有色层的深度变小，即蓝光穿过有色层到达成分较少的另一侧，从另一侧出来。因此，由于观察侧缺少蓝光成分，在透射过程中观察时，着色层呈现棕色调。当以钛白粉调灰（灰色色调）类似于传输过程中观察到的主色的着色情况，光在含有黑色颜料的塑料片中的白色颜料中来回散射炭黑的粒径越小，可见光中蓝光的散射越强，因此更多的剩余红光被透射，呈现出带有黄色调的灰色相反，如果在着色中使用粗粒度的炭黑，特别是粗灯黑，将获得带有蓝色调的灰色。

分散性

颜料黑越细，炭黑聚集体之间的接触点越多，结果，它们之间的内聚力越强当颜料黑混入物料中，也就是初始炭黑开始均匀分布时，为了分散所要做的功会很大，从而分离出炭黑颗粒，最终达到最高的黑度和着色。与高结构炭黑相比，低结构炭黑可能达到高浓度，但在分散过程中需要较大的分散力。炭黑的分散性受结构度的影响由于高结构炭黑分散性好，着色强度自然强。

用粉末炭黑的话会有分散和麻烦粉尘的问题，所以可以用母料或者浆料。

预制炭黑的价格比单独的颜料黑要高，但是如果考虑到清洁工艺、炭黑制备具有效率高技术投资少的优点，有其存在的价值。

光稳定性

光线会使塑料老化，尤其是阳光中的紫外线会加速塑料的老化。有机紫外线吸收剂和抗氧化剂的结合可以延长使用寿命。然而，颜料黑仍然被认为是最好的紫外线稳定剂。

颜料黑作为一种紫外线吸收剂，主要用于延长塑料制品的户外使用寿命。

浓度为0.5%的小粒径炭黑（20nm）与2%炭黑相对较粗的颗粒尺寸（95nm）具有几乎相同的光保护效果。

食品接触

食品卫生法规定的所有涉及日用品的有色颜料，包括色素，都必须符合规定的纯度标准。首先，这些标准规定了一般颜料中重金属的含量，其成分在0.在1N盐酸中的溶解度（酸度和胃液一样），并指定芳香氨的含量。然后专门制定了炭黑的纯度标准，这个标准各国不一样。

生产颜料炭黑的原料是石油产品和沥青煤焦油产品。它是由碳氢化合物在高温下不完全燃烧或热解而形成的。

1）灯黑生产工艺

历史上最早的炭黑生产方法是灯黑生产工艺在这个过程中，原材料大到1.含有碳黑的燃烧气体被装有砖块的排气罩收集，然后通过弯管（弯折1/4）和到达沉积装置的火管。为了控制产生的炭黑的特性，应确保原料主要在燃烧盘和排气罩之间的间隙附近不完全燃烧。而在稍微进入的管道中，在氧气不足的情况下燃烧热解，形成较大的炭黑颗粒由于这些原因，它形成了广泛的粒度分布，主要表现为粗颗粒。因为在燃烧盘和排气罩之间形成的颗粒只有一小部分能与空气中的氧气接触，所以这些炭黑只有少量的表面氧化物，对应的pH值为中性，挥发物很少。

2)气黑的生产工艺

气黑这个名字来源于它的生产过程：原料烃加热时会先气化，然后转化为自燃气体（供以能量）这些蝙蝠状的燃烧器喷出的大量扇形火焰中产生了作为载体的炭黑。因为每个火焰都很小，在空气中燃烧，所以炭黑的形成与灯黑的生产过程有很大的不同（不完全燃烧）这里，碳黑颗粒非常细根据种类不同，平均粒径在10~30nm之间，气黑平均粒径在10 ~ 30nm。在燃烧的火焰上，有一个缓慢旋转的充水鼓炭黑沉积在鼓上，刮完就刮下来了当温度仍然较高时，新生成的炭黑与空气中的氧气接触，因此被部分氧化，形成大量酸性基团，对应的气黑pH值处于酸性范围。并可得到约6%挥发性物质代表其表面氧化物含量。

3）槽黑的生产工艺

这种生产工艺以天然气为原料，罐黑的过程类似于气黑生产工艺的气体燃烧过程天然气燃烧发出许多扇形火焰，得到的产物类似于气黑，但不同的是这里的炭黑沉淀槽采用了一个扁平的水冷U型槽。由于生态和经济原因，这种方法在很多年前就被停止了。气黑的生产不会影响生态环境，这种气黑工艺还在使用。

4）炉黑生产工艺

气黑是在开放的大气中生产的，但炉黑生产过程是在缺氧条件下的密闭炉中进行的。取代许多小火，使用大火焰以油为原料，加入可燃气体，使其在炉内达到要求的温度。通过改变炉黑生产的工艺条件，可以得到所需的颜料黑。比如：在不同的条件下，炭黑的平均粒径可以达到很宽的范围，从80nm到小至15nm，甚至小到气黑。但对于同样的粒径，气黑和炉黑还是有区别的，主要是表面化学不同。炉黑产品较粗，平均粒度为40nm。另外，采用炉黑生产工艺时，可以加入少量的碱性化合物或其他添加剂，改变聚集体的聚集程度和类型，从而得到高结构或低结构的炭黑。

因为炉黑是在几乎低于大气压和空气不足的条件下产生的。因此，它们大多缺乏酸性表面氧化物，但发现了上述具有碱性反应的吡喃酮结构。炉黑的碱性pH值是由于当炭黑的产生终止时，向喷雾淬火冷水中加入碱土金属和碱性盐。另外，如果炉黑氧化后不处理，其挥发分含量低。

2000年以前，年产能5万t的炭黑企业只有一家；截至2001年底，中国共有炭黑生产企业111家，总产量120万吨。其中，生产能力为5万吨/a以上(包括5万t/a)企业数量已经增长到6家；年生产能力5万t的炭黑企业只有一家。2003年，增长到9、我国新增炭黑产能约3815万t，全部来自年产115万~ 210万t的湿法造粒炭黑生产线。

2004年，中国 美国炭黑工业与橡胶工业同步发展。到2004年底，中国的年总生产能力为1000万吨美国炭黑工业已超过160万吨，炭黑年产量达到125万吨，比2003年增长235%进口约11.37万吨，出口约7.85万吨，表观消耗量128左右.52万吨。

2005年橡胶用炭黑的需求增长率将达到16%炭黑需求约149万吨，进口炭黑需求10万吨。随着国内炭黑企业出口量的增加，2005年全国炭黑出口量达到10万吨，增长率为17%这样进出口会基本持平，国内市场对炭黑的需求应该是实际产量。

按生产

主要分为灯黑、气黑、炉黑和槽黑。

按用途

炭黑通常根据用途不同分为颜料炭黑、橡胶用炭黑、导电炭黑和特种炭黑。

色素用炭黑—国际上根据炭黑的着色能力，通常分为三类，即高颜料炭黑中颜料炭黑和低颜料炭黑。这种分类通常用三个英文字母表示，前两个字母表示炭黑的着色能力，最后一个字母表示生产方法。

橡胶用炭黑—橡胶用炭黑最初是按粒径分类，后来是按氮表面积分类。此外，命名时还考虑了炭黑颜料的硫化速度结构等因素，由四个体系组成。第一个英文字母代表胶料的硫化速度，N代表正常硫化速度，S代表慢速硫化速度。后三位是阿拉伯数字。第一个数字代表炭黑的氮表面积范围，列为0~9级。第二和第三个数字由美国材料试验协会负责炭黑和术语D24.委员会作出的指定反映了不同的结构程度，即确定了炭黑的大致高低结构，具有一定的随意性。相对来说，数字越大，结构越高。

按功能

主要分为补强炭黑、着色碳黑、导电碳黑等。

按型号

主要分为N220、N330、N550、N660、N990、N110、N115、N234、N326、N339、N375、N539、N550、N880等。

炭黑N330属于高耐磨炉黑。N330是应用最广泛的炉黑，具有很高的耐磨性。该产品耐磨性略差于超耐磨系列炭黑，但优于沟槽炭黑。本产品用于轮胎胎面、帘布胶、侧壁和各种橡胶工业产品。本品是一种补强性能良好的炭黑，能赋予胶料更好的拉伸性能、抗撕裂性能、耐磨性和弹性。使用该产品的乘用车轮胎滚动损失仅大于N300系列中的N351，小于其他品种，在胶料中具有良好的分散和挤出性能适用于各种合成橡胶和天然橡胶。