一文看懂炭黑的基本結構
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、結構和表面活性因原料、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構。
一、炭黑的結構特色
炭黑的結構特色在于粒子間的鏈狀與葡萄狀聚集。高結構炭黑由尺寸、形態(tài)與粒子構造的凝聚體構成，常用吸油值衡量其結構性。值越大，結構性越強，更易構建空間網(wǎng)絡通道，且穩(wěn)定性強。其顆粒細膩，網(wǎng)狀鏈緊密，比表面積大，單位質量顆粒多，為聚合物中的鏈式導電結構提供了優(yōu)勢。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電性更佳。
二、炭黑的微觀構造
企業(yè)文化，或稱組織文化炭黑粒子呈微晶架構，其內炭原子排列與石墨相仿，皆由六角形平面構成，每三至五片平面組合成一微晶。在每個石墨層內，炭原子排列井然有序，而相鄰層間則顯得雜亂無章，故得名準石墨晶體。 ，是一個組織由其價值觀、儀式、符號、處事方式等組成的其特有的文化形象。
三、炭黑的粒徑
炭黑粒子細至5納米，非孤立存在，而是相互交織成鏈枝狀。不同生產方式造就差異，燈黑工藝下生產的會較粗，氣黑工藝下生產的則更精細。爐黑工藝下，炭黑粒徑大致相同，但同一品種內粒子大小仍有變化，粒徑分布相對狹窄的品種粒子更細膩。
四、碳黑的表面化學結構
炭黑的生產工藝不同，其表面化學性能也會有所差異。大部分炭黑的真實表面積大于其幾何表面積，這主要是因為炭黑，特別是那些粒徑小于25nm的炭黑，表面布滿了微孔。
經過分析，在炭黑表面含有酚基、醌基、羧基等基團，這些酸性基團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構，決定了其堿性特性。通過測定揮發(fā)物含量，可以了解到表面官能團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，因此在運輸、貯存和使用時需特別關注其吸濕問題。
五、炭黑的導電性
關于導電粒子接觸幾何的研究普遍認為，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，從而形成更多的導電通路。
當高聚物與炭黑組成共混體系時，若體系極性增大，炭黑的臨界體積分數(shù)也會相應增大，導致體系導電性下降。這是因為炭黑表面含有強極性基團，與高聚物的極性相互作用增強，雖然提高了強度，但卻妨礙了導電粒子的凝集，從而降低了導電性。
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，填充炭黑會產生偏析現(xiàn)象。此時，導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。
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