碳黑、水性色漿用色素碳黑

色素碳黑特性與應用關系
　　一、黑度與粒徑
　　黑度直接與碳黑的粒徑相關，粒徑越小，比表面積愈大，碳黑的黑度越高。這是因為盡管原生粒子已熔合成原生聚集體，但是其比表仍能起作用，原生粒子細，則凝聚體的比表面積越大。所顯現的顏色更黑，防紫外線作用更佳。由于細粒子碳黑的吸光率比粗粒子碳黑的更高，所以著色力更強。但是當粒徑減小時，由于藍光被優先吸收，為此色調變成棕相。
　　細微原生粒子賦予碳黑更大的比表面積，同時增加分散難度，一般通過表面處理可調整潤濕性和改善分散性。
　　碳黑粒徑比表面積和性能關系

性能	高比表面積小粒徑	低比表面積 大粒徑	性能	高比表面積小粒徑	低比表面積大粒徑
主色黑度	更深	更淺	著色性	更高	更低
粘度	更高	更低	導電性	更高	更低
紫外光吸收	更好	更差	分散	更難	更易
潤濕	更慢	更快	成本	更高	更低

　　二、結構
　　碳黑粒子不僅以原生粒子形式存在，而且在生產熔結成凝聚體。這種凝聚體是由原生粒子經化學鍵結合。在凝聚過程中，由大量鏈枝的原生凝聚體構成的碳黑稱為高結構碳黑。而原生凝聚體由較少鏈枝原生粒子組成的碳黑，則稱為低結構碳黑。見下圖：

　　碳黑的結構即碳黑聚集體的形態，一般鏈枝越多越密其結構越高，反之則結構越低，碳黑結構對性能的影響，見下表：碳黑結構對性能的影響

　　三、表面化學性
　　碳黑的生產方法不同其表面化學性能各異。碳黑表面具有不同的含氧官能團（如羧基、內脂基、酚基、羰基等）。一般含氧官能團高的碳黑，揮發份高，其色調可調性能好，其流動度也較高。碳黑樣品加熱至825±25oC后以百份重量損失表示碳黑揮發份。碳黑含氧基因越多，揮發份也越大……
　　四、吸濕性和密度
　　碳黑是一種表面積大的物質，因此有一定的吸濕性。碳黑的吸濕量主要由表面積大小來決定。可加強措施，尤其在包裝、貯存和運輸的過程采取辦法以減少產品的吸濕性。因為水分（吸濕量）過高會對加工過程帶來麻煩，所以要求對某些品種碳黑有特殊包裝。
粉狀的色素碳黑還是粒狀的色素碳黑用于給定的塑料摻混物取決于分散的類型和樹脂的特性，但加工能力也是很重要的因素，目前多數分散設備都能發揮剪切力，足以將粒狀分散均勻。

　　碳黑在塑料行業中的應用在選擇之前，必須確定其用途，例如用于著色、防紫外光、或導電等等。
　　一、著色用碳黑
　　色素碳黑一般都能較好的給塑料著色，可根據著色特性或物化性能選用色素炭黑，著色用碳黑的品種的選擇基本上都是隨成品必須達到的黑度而定。 用極細的色素碳黑可以完成黑度要求特別高的著色； PE垃圾袋，塑料袋，電纜材料之類產品只需中等水平黑度，可以用比表面積較低，結構較高的碳黑品種；塑料調色時，碳黑稱量和配料時出現的微小誤差，均會導致明顯的色差，因此，宜采用粒徑較大，著色力較差的低色素碳黑，這樣碳黑用量可以稍大，稱量誤差相對小些，并有分散性較好、價格較低的優點。
　　對于灰色塑料，采用細粒色素碳黑往往呈現棕相灰色，而采用粗粒子色素碳黑可產生藍相灰色。
　　與其它有機顏料相比，碳黑除分散較困難外，其他性能均較好。科學的碳黑配合量，可提供較好的抗靜電或導電性。
　　碳黑基本上是無毒的，但較易飛揚和污染，故常以色母粒形式供塑料行業使用，在消除污染的同時也改善了碳黑在塑料中的分散。
　　碳黑作為塑料用顏料，常用的劑型有粉狀和粒狀。粒狀碳黑飛揚較少，但分散較難，故在塑料著色中采用粉狀碳黑。

　　二、紫外線防護性的應用
　　碳黑在塑料工業中用途之一是防紫外光老化，由于碳黑有較高的吸光性，因而能有效的防止塑料受陽光照射而產生光氧化降解。碳黑作為紫外光穩定劑在塑料中所起的作用有：把光能轉化為熱能；保護塑料表面而免遭一定波長的射線照射；截取原子團而產生防老化作用，從而阻止催化降解。紫外線對聚烯烴特別有害，試驗證明當一定細度的碳黑的濃度為百分之二時可以達到完美的紫外線屏蔽作用。
碳黑對塑料的紫外線老化的防護作用，取決于碳黑的粒徑、結構和表面化學性。
　　碳黑的粒徑較小時，因表面積增大，其吸收光或遮光能力增加，故紫外線防護作用增強，但粒徑小于20nm，其防護作用趨于同一水平，　　原因是當粒徑過小時，逆向散射減小，而繼續向前的光會威脅聚合物的穩定性。
　　結構較低，即聚集體尺寸較小時，因聚集體幾何體積較小，會增強對聚合物的防護作用，這也是結構較低的碳黑較黑的原因。
　　碳黑表面含氧基團較多，即揮發份較高時，能消除聚合物分解時產生的基因，因此防護作用也增強。

　　炭黑分散設備：

碳黑形狀	分散設備
粉狀	三輥機、碾磨機、園盤分散機、擠出機、高速混合機
粒狀	密煉機、雙輥機、球磨機、砂磨機