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1、色素炭黑一般介绍 色素碳黑的生产工艺 色素碳黑的特性对涂料的影响 其它影响碳黑性能的因素 色素碳黑的推荐,议程,1,炭黑的特质,1.最好的黑色颜料 2.几乎是最廉价的颜料 3.着色力及遮盖力最强的颜料 4.视觉感官上呈中性 5.最稳定的颜料、耐热、耐化学品、耐光,2,炭黑的用途,主要用作橡胶的补强剂和填料，占碳黑总量的94%，其中约60%用于轮胎制造。 还可以用作油墨、涂料和塑料的着色剂以及塑料制品的紫外光屏蔽剂,3,4,在炭黑粒子中，若干碳原子构成的六边形平面组成层面，每个层面约100个碳原子，层面间的垂直距离为0.35nm，3层到5层层面组成微晶体。微晶体高度在1.3-1.6nm，宽度为2
2、nm左右，众多微晶体围绕一个中心堆砌，形成一个炭黑粒子。,5,色素碳黑的TEM 图片,6,色素炭黑一般介绍 色素碳黑的生产工艺 色素碳黑的特性对涂料的影响 其它影响碳黑性能的因素 色素碳黑的推荐,7,碳黑的生产工艺-气黑,德固赛在 1935独创的生产工艺 碳氢化合物的不完全燃烧 敞开的反应设备, 表面氧化程度高 4-6% 平均原生粒径在 10-30 nm,8,碳黑的生产工艺-炉黑,最重要的碳黑生产工艺 碳氢化合物的不完全燃烧 密封式反应设备, 碳黑表面氧化度不高 1-2% 平均原生粒径在 10-80 nm 碳黑的结构可以调整,9,碳黑的生产工艺-灯黑,最古老的碳黑生产工艺 碳氢化合物的不完全燃
3、烧 很宽的粒径分布 平均原生粒径在 30-200 nm 很大的碳黑粒径,10,不同碳黑生产工艺碳黑的粒径分布图,11,12,碳黑的供应形式,珠状碳黑-湿法,13,不同供应形式碳黑的差异,14,色素炭黑一般介绍 色素碳黑的生产工艺 色素碳黑的特性对涂料的影响 其它影响碳黑性能的因素 色素碳黑的推荐,15,色素碳黑特性对涂料的影响,平均原生粒径 表面化学 结构,16,原生粒子(一次粒子) - Particle 聚集体(二次粒子) - Aggregate 附聚体(三次粒子) - Agglomerate,Aggregate Size 聚集体尺寸,Primary Particle 基本颗粒,Agglom
4、erate Size 附聚体尺寸,17,原生粒子-炭黑是由烃类化合物经热分解而成，在分解过程中，烃类化合物先形成碳的六元环，并进一步脱氢缩合形成多环式六角形网状结构层面。这种层面35个重叠则成为晶子，大量晶子无规则的堆砌，形成了炭黑的球形颗粒。 聚集体-制备过程中，炭黑的初级球形颗粒彼此凝聚，形成大小不等二级链状聚集体，称为炭黑的结构。,18,炭黑的形态和微观结构The Distinction Between Particle and Aggregate Size,Mean Particle Size 8 to 100 nm,Mean Aggregate Size 50 to 300 nm,最
5、小可分散粒子(聚集体),19,黑度与粒径,黑度直接与炭黑的粒径相关，粒径越小，比表面积愈大，炭黑的黑度越高 尽管原生粒子已熔合成原生聚集体，但是其比表仍能起作用，原生粒子细，则凝聚体的比表面积越大。所显现的颜色更黑，防紫外线作用更佳 由于细粒子炭黑的吸光率比粗粒子炭黑的更高，所以着色力更强。但是当粒径减小时，由于蓝光被优先吸收，为此色调变成棕相,20,原生粒径对碳黑性能的影响,10 nm 10 纳米,100 nm 100 纳米,主色,调色,较高,较强 红相,较低 红相,较弱 蓝相,较困难,较容易,较高,较低,较低,较高,色相,色相,分散性,吸油量,颜料添加量,黑度,着色力,蓝相,21,原生粒径
6、对分散性的影响,相同的体积下,表面积,较低,较高,润湿,分散,较难,较难,较容易,较容易,22,色素碳黑的特性对涂料的影响,平均原生粒径 表面化学 结构,23,细微原生粒子赋予炭黑更大的比表面积，同时增加分散难度，一般通过表面处理可调整润湿性和改善分散性,24,表面氧化处理后,25,表面氧化基团对pH值的影响,羧基,苯酚,酸酐,醌基,醚,酸 碱,内酯,26,炉法碳黑 大多数是醌基 pH值大约为9,气法碳黑 大多数是羧基 pH值大约为4,表面氧化基团对pH值的影响,27,表面化学,着色力,色 相,粘 度,色浆浓度,分散性,导电率,光 泽,表面氧化处理,未氧化,高,高,高,高,高,低,低,低,低,
7、差,好,低,蓝色,棕色,氧化,28,色素碳黑特性对涂料的影响,平均原生粒径 表面化学 结构,29,炭黑粒子不仅以原生粒子形式存在，而且在生产熔结成凝聚体。这种凝聚体是由原生粒子经化学键结合.,在凝聚过程中，由大量链枝的原生凝聚体构成的炭黑称为高结构炭黑 而原生凝聚体由较少链枝原生粒子组成的炭黑，则称为低结构炭黑,30,链状聚集体越多，称为结构越高 炭黑的结构高低可用吸油值大小来衡量 吸油值：100g炭黑可吸收的亚麻籽油的量 在粒径相同的情况下，吸油值越大，表示结构越高,31,碳黑结构对涂料的影响,主色,调色,色相,色相,分散性,粘度,碳黑添加量,黑度,着色力,较低,较低,较容易,较高,较低,蓝
8、相,蓝相,较高,较难,较低,较高,红相,红相,较高,高结构,低结构,32,碳黑结构对分散性的影响,低结构 聚集体之间的距离较小 较强的作用力,高结构 聚集体之间的距离较大 较弱的作用力,较难分散,较容易分散,33,色素炭黑一般介绍 色素碳黑的生产工艺 色素碳黑的特性对涂料的影响 其它影响碳黑性能的因素 色素碳黑的推荐,34,影响碳黑稳定性的因素,分散剂,研磨设备 研磨介质 研磨时间,溶剂,水性,结构,35,分散步骤 1、碳黑被漆料润湿 2、分散碳黑 3、分散后碳黑粒子的稳定,碳黑的分散机理,36,润湿机理,Wetting - The coverage of accessible pigment
9、 surface with components of the matrix.,(1) 90 Non-wetting Behavior (2) 90 Moderate Wetting Behavior (3) approaching 0 Complete Wetting,37,润湿对分散效果的影响,38,常用分散设备,分散后的稳定 在溶剂型涂料中，经常使用助剂来保证碳黑在液体涂料中的稳定性。 在水性涂料中，助剂的使用时必须的。 助剂的选择必须根据碳黑的表面化学性质来选择，用量则根据碳黑的种类及添加量来决定，在某些情况下，需要添加碳黑用量的50甚至更多的量。具体怎么选择须通过一系列详尽的实验来确
10、定,39,碳黑的选择,先定黑度 再找分散性好的 別太贵 ! 粒径 (黑度) 结构 (分散性) 吸油量(分散性) 表面处理程度(分散性) 单价(与竞争产品比较) 附： 对于溶剂型单色漆，最好使用粒径很小的氧化气黑或氧化炉黑 对于水性涂料，为使PH值稳定，通常推荐使用没有经氧化处理过的气黑或炉黑；但为提高分散稳定性，并降低分散剂用量，实际生产中，仍多选用经过表面氧化的高挥发分酸性碳黑品种,40,碳黑試樣需知,配方: 色濃度 顏基比 分散劑/顏料比 工藝: 球磨(快手)或砂磨 研磨時間 實驗室對比或工廠實際結果:,41,炭黑色漿的合理設計,色濃度: - 高色素炭黑 (8-17nm) - 6-8% - 中色素炭黑 (18-30nm) 10% - 低色素炭黑(30nm) 10-15% 顏基比: - 高色素炭黑 1:4-1:6 - 中色素炭黑 1:3-1:4 - 低色素炭黑 1:2-1:3 分散劑用量:(對炭黑) - 高色素炭黑 0.5-1:1 - 中色素炭黑 0.5:1 - 低色素炭黑 0.3:1,42,