色素碳黑技术应用.doc

色素碳黑技术应用一 、色素碳黑分散不好易出现的情况 色素碳黑分散的目的是使其在载体中处于一种均匀的分布状态，这种分布程度的不同，会直接影响到制品的色相、黑度和遮盖力。碳黑的分散主要受制于三个因素：色素碳黑原始粒子的大小，结构的高低等性能；载体或分散介质的类型，加入分散剂后，会涂覆在碳黑粒子的表面，从而在一定程度上降低碳黑粒子之间的内聚力，有助于炭黑的分散；所使用的分散设备类型。碳黑的分散在实际应用中至关重要，在使用碳黑着色时，如果碳黑分散不良会导致以下方面的后果： 1、颜色强度不稳定，色素碳黑的黑度不能很好地展现，并且表观色泽不好；2、分布不均匀，出现条纹；3、在油墨、涂料等产品中表面的不均匀性会导致印刷出现问题；4、挤出机的过滤筛网被堵塞；在挤出加工吹朔薄膜时，未破碎的炭黑附聚物引起膜泡撕裂；5、引起单丝和扁丝断裂，制品机械强度降低。 碳黑被研磨分散时，色素碳黑粒子要达到一定的细度是最起码的要求。一般情况下其细度应15 um，在高档的涂料中，也会有更高的要求甚至要低于5um，色素碳黑所含的水分越低，对于分散相对来说也就会更加容易一些。这是因为在分散体系中，色素碳黑粒子相互间的静电高低，与其周围形成的双电层厚度有关，如果双电层的厚度降低，就会直接影响粒子分散稳定性的降低。而当碳黑（或其他颜料）粒子表面的水份较高时，就会导致双电层厚度降低，从而影响到分散稳定性。二、碳黑行业在世界经济中应强势突围 随着中国经济增速放缓，看空甚至唱衰中国经济的声音多了起来。从世界范围来看，经济增长整体放缓，复苏陷入停滞，但出现全球性二次衰退的可能性较小。2012年，世界经济增长将十分“脆弱”：发达国家深受债务问题和财政紧缩的困扰，失业率显著高于危机前的平均水平，经济复苏动力明显不足；新兴市场国家实施的紧缩政策对经济增长的抑制作用将进一步显现，经济增速呈现普遍回落态势。 在此种态势之下，各国都想尽办法推动经济的良性发展，倾销与反倾销这场无硝烟的战争也正在悄悄地展开。中国碳黑的出口量，从2011年开始保持快速增长的势头，出口量接近50万吨，占总产量的12.7%，出口金额达到6亿美元。中国由此成为全球重要的碳黑出口国。中国碳黑出口的高速增长，引起了其他国家的高度关注。印度首先发难，于2008年对中国进行了碳黑反倾销，2010年进行碳黑其中复审，去年又进行了碳黑“特保”调查，目前的初裁结果对中国碳黑企业不利。 日前在天津举办的2012中国橡胶工业协会碳黑分会会员大会上，一位业内人士透露说，继印度对碳炭黑相继做出反倾销终裁和特别保障措施初裁，征收高额关税后，最近，欧洲正在对中国进口的炭、碳黑展开反倾销调查。三、黑色硝基漆用的色素碳黑 硝基漆是目前比较常见的木器及装修用涂料。主要成膜物是以硝化棉为主，配合醇酸树脂、改性松香树脂、丙烯酸树脂、氨基树脂等软硬树脂共同组成。一般还需要添加邻苯二甲酸二丁酯、二辛酯、氧化蓖麻油等增塑剂。黑色颜料主要是色素碳黑，其原生粒子并非以单独地分离状态存在。它们通过物理作用形成聚熔体和聚集体。溶剂主要有酯类、酮类、醇醚类等真溶剂，醇类等助溶剂、以及苯类等稀释剂。主要用于木器及家具的涂装、家庭装修、一般装饰涂装、金属涂装、一般水泥涂装等方面。优点是装饰作用较好，施工简便，干燥迅速，对涂装环境的要求不高，具有较好的硬度和亮度，不易出现漆膜弊病,修补容易。 在生产硝基漆产品时，色素碳黑的分散是色漆所用的颜料中最困难的，这是因为碳黑颗粒具有强大的聚合性、高吸油量造成的。在色漆中有形成不稳定悬浮质点的倾向，起初分散好的色浆或色漆成品在贮存过程中，会使颗粒凝聚，出现返粗现象。色素碳黑的粒径和结构不尽相同，分散性也就不同。一般来讲，粒径越细，接触面越多，颗粒之间的内聚力越强。分散性较好的油漆用碳黑，在原则上讲应是粒径大和高结构。 在实际的生产中，要选用合适的分散设备和分散剂，可以很好的体现出色素碳黑的各种性能，在分散前，选用合适的润湿剂，最好能把色素碳黑进行充分的湿润，经过适当时间的湿润，研磨初期最好不要太快，不然色素碳黑的新增界面来不及湿润，会造成分散困难，出现增稠的现象，要控制好研磨速度，可以减少增稠现象的出现，这期间，与操作员的分散设备和分散工艺也有一定的关系。 硝基漆的出现已有100多年的历史，我国于1935年开始生产和应用，当年美国生产硝基漆产量已达4230万加仑(合16000万立升)。硝基漆以它的干燥快、装饰性好、具有较好的户外耐候性等特点，并可打磨、擦蜡上光，以修饰漆膜在施工时造成的疵点等独特性能，非常畅销。 四、电泳漆中色素碳黑的使用 电泳漆，也叫电泳涂料，发展至今，种类越来越多，主要有阳极电泳漆、阴极电泳漆，单组分电泳漆、双组分电泳漆，该产品的发展也促进了电泳涂装的发展，使更加多的产品不再使用喷涂技术而是使用电泳。与其它产品一样，为在改变涂装的颜色，颜料的应用也是必不可少，而色素碳黑是黑色颜料中的佼佼者，也是各种黑色涂料中不可或缺的颜料。 色素碳黑作着色时，黑度主要基于对光的吸收，对于特定浓度的碳黑，漆粒子越细小，则光吸收程度越高。黑度除了受碳黑粒子内部的光吸收外，也受由于粒子表面几何机构的影响而产生了具有增亮效应的光散射，这会降低黑度。随着粒径的减小，光散射程度降低。分散的基础理论，碳黑聚集体之间接触点越多，它们之间内聚力越强，当把颜料黑掺入料，即开始进行均匀分散时，则对分散要作的功便大，以把碳黑粒子分隔开来，最终达到最高的黑度和着色。与高结构碳黑相比，低结构炭黑较有可能达到高的浓度，但在分散过程中却因此需要较大分散力。多数颜料在使用时既要有较高的黑度，又要具有较好的分散性，怎样在二者之间寻找一个最好的平衡点至关重要，这些也可以通过使用某些助剂来实现。懂得这些基本知识，对怎样选用合适的颜料很有帮助。 电泳漆的配漆 将上述所制得的水溶性树脂和水及乙醇胺按配方规定的质量加入搅拌机中，搅拌均匀后，再加入白炭黑和炭黑，搅拌均匀，然后进入砂磨机，经过研磨后，用绢丝过滤，加入余下的水，以洗涤砂磨机中的玻璃珠和稀释黑色电泳漆，即可用于电泳施工涂装。 电泳涂料作为一类新型的低污染、省能源、省资源、起作保护和防腐蚀性的涂料，具有涂膜平整，耐水性和耐化学性好等特点，容易实现涂装工业的机械化和自动化，适合形状复杂，有边缘棱角、孔穴工件涂装，目前被大量应用于汽车、自动车、机电、家电等五金件的涂装。五、电器绝缘密封胶(灌封胶)中色素碳黑的使用 电器绝缘密封胶又称灌封胶、电子胶，为了保证电机、电器元件电性能及机械强度的稳定可靠，需要在导体之间、缝隙以及出口引线间进行绝缘密封，是一个广泛的称呼，用于电子元器件的粘接,密封,灌封和涂覆保护。色素碳黑在聚合物中作为填充材料使用时，可以起到以下作用：作为防紫外线的稳定剂；提高力学性能的增强剂（用于橡胶）；作为颜料，增加材料的不透光性，降低成本，改变材料的导电性、导热性。在未固化前属于液体状，具有流动性，胶液黏度根据产品的材质、性能、生产工艺的不同而有所区别。灌封胶完全固化后才能实现它的使用价值，固化后可以起到防水防潮、防尘、绝缘、导热、保密、防腐蚀、耐温、防震的作用。碳黑由烃原料热裂解产生，其粒径大小多在14nm-300nm之间，是一种较为常见的填充材料。色素碳黑的功能主要依赖于炭黑的类型。多数的碳黑都来自芳族烯烃类熔炉燃烧的熔炉生产法。碳黑的性能较多，在工业生产中用途较广，除了作为橡胶补强剂，也可作为颜料、UV稳定剂、PP、PE等塑料的导电填料等。 应用有机硅凝胶进行灌封时，不放出低分子，无应力收缩，可深层硫化，无任何腐蚀，透明硅胶在硫化后成透明弹性体，对胶层里所封装的元器件清晰可见，可以用针刺到里面逐个测量元件参数，便于检测与返修。也有不透明的灰色或者黑色的，使用范围不同颜色不同。碳黑具有抗紫外线稳定性和较好的热稳定性，可吸收有害的紫外线，而且在添加色素碳黑的塑料聚合物中，碳黑可以抑制自由基降解产物的形成，起到抗老化作用。色素碳黑可以用来改变聚合物的电性能，选择合适的色素碳黑可以提高塑料的导电性或者绝缘性能。 耐高温电子灌封胶，可以耐120甚至更高的温度，耐高温电子灌封胶在未固化前属于液体状，具有流动性。如果要增加胶体的绝缘性，应选择力度较粗、结构无序、挥发物含量较低的碳黑产品。结构无序的色素碳黑产品中，自由电子运动中接触的概率相对较少，而表面的挥发物起到了绝缘作用。因此提高了复合物的绝缘性能。耐高温电子灌封胶完全固化后才能实现它的使用价值，固化后可以起到防尘、绝缘、隔热、保密、防腐蚀、耐高温、防震的作用，耐高温电子灌封胶组分全是无机组分。主要区别其他灌封胶的特点是，耐高温，普通的环氧树脂，在100度以上的高温就会软化或者烤焦，耐高温电子灌封胶哪怕是120度的高温，仍然不会软化，反而随着使用时间的增加，温度的升高，性能越来越来好，硬度，附着力进一步加大。生产时，色素碳黑的粒径最好在800目到1000目之间，太细碳黑的吸湿性会增加，不利于存放，在生产时如果湿度过大要使用烘干设备，增加工序也就增加了生产成本，粒径太粗的话又会影响生产时的均匀分散，往往会增加生产的时间或者使用价格偏高的分散材料，不能最大限度地节约成本。六、碳黑砂浆在外墙上的装饰作用 随着仿瓷涂料技术的日趋成熟，黑色砂浆的用量也越来越大，最常作为装饰砂浆在建筑物表面来使用，装饰砂浆是指用以涂在基层材料表面兼有保护基层和增加美观作用的砂浆。抹面砂浆用以砖墙的抹面，由于砖吸水性强，砂浆与基层及空气接触面大，水分失去快，宜使用石灰砂浆。有防水、防潮要求时，应用水泥砂浆。碳黑色本身可以给人带来高贵肃穆的感觉，再配以华丽色彩的真石漆，令建筑物的外观档次越来越高，该项技术的应用不断受到人们的追捧，也是建筑业界一场小小的革命。 说到黑色砂浆就不得不说色素碳黑，这种黑色砂浆的主要着色剂，在建筑行业中还有一种特殊的情况发生。大多数碳黑在密闭的反应炉中，将原料（一般为蒽油或煤焦油）通过装置喷射到燃烧的热空气或者天然气中，在高温下经过热氧化而分解，所生成碳黑的性能，可以通过猝熄火焰来控制。之后，再使用特定的过滤系统把生产成的碳黑产品从气烟中分离。所以普通的碳黑产品是不溶于水的，而在建筑行业，用水来搅拌各种物料是最为常见的事情，所以，在黑色砂浆中的碳黑着色剂就需要能够在水中很好地溶解，才能达到最满意的效果。水性碳黑又称为水溶性碳黑，其最大的特点就是无需任何助剂，可以在水中直接溶解分散，具有很高的着色力，是一种黑色的粉末状物质，其粒子的大小在20nm30nm之间，在色素碳黑中属于比较特殊的一种产品。在建筑砂浆行业作为最好的黑色颜料，尚无其它产品能够出其右。 在黑色砂浆的生产中，羟丙基甲基纤维素作为保水剂使用的也比较普遍，可以很好的溶于水及部分溶剂，如适当比例的乙醇/水、丙醇/水等。水溶液具有表面活性。透明性高，性能稳定，不同规格的产品凝胶温度不同，溶解度随粘度而变化，粘度愈低，溶解度愈大，不同规格HPMC其性能有一定差异，HPMC在水中的溶解不受pH值影响。而 碳黑是地球上含量最丰富的材料之一，原料多是油类，在密闭的反应炉中，将原料（一般为蒽油或煤焦油）通过装置喷射到燃烧的热空气或者天然气中，在高温下经过热氧化而分解，所生成碳黑成品。所以普通的色素碳黑产品在水中是不会溶解的，就像油不溶于水一样，但是色素碳黑是黑色的粉末状物质，经过特殊的工艺进行后处理，可以使其在水中很好的分散溶解，达到着色的目的，同时也更加拓宽了炭黑的应用领域。七、建筑胶玻璃胶用的色素碳黑产品 各种建筑施工，包括有各类混凝土预制构件的施工粘接。如屋盖系统粘接、柱子接长、地基长桩接长、大梁接头粘接、抗震框架结构的隔断墙钢筋粘接、内外墙保温材料的铺装粘接、各类管道安装粘接、金属构件的牯接等。黑色建筑密封胶中必然要使用色素碳黑作为颜填料，不但使其改变颜色增加美观性，还可以增加产品的耐候性。国外在施工中应用较为普遍，我国正在扩大应用范围。建筑密封胶水主要用于建筑物各种接缝或孔洞的密封，以防止气体、液体、固体透过，防止结构材料在结构位移时被破坏，从而起到保温、隔声、防水、防尘、防气、防火、防腐蚀、减震和防止接缝聚积异物的功能。 在建筑密封胶生产时，色素碳黑的粒径最好在800目到1000目之间，太细碳黑的吸湿性会增加，不利于存放，在生产时如果湿度过大要使用烘干设备，增加工序也就增加了生产成本，粒径太粗的话又会影响生产时的均匀分散，往往会增加生产的时间或者使用价格偏高的分散材料，不能最大限度地节约成本。近些年进口的碳黑一直占据着国内较大的市场，2005年以后，国内的色素碳黑生产技术有了显著地提高。八、亚克力材料着色用色素碳黑产品 亚克力具有较好的稳定性和耐候性，易染色，易加工，外观优美，在建筑业中有着广泛的应用。有机玻璃产品通常可以分为浇注板、挤出板和模塑料。随着工业的突飞猛进，加速了国内对塑料用碳黑的需求。特别是要求黑度高、分散好、遮盖力强、色相蓝的高档母粒用碳黑，并迫切需要寻找合适价位的国产碳黑品种代替昂贵的进口产品。市面上一般消费者所常见到的亚克力产品系由亚克力粒料、板材或树脂等原材料经由各种不同的加工方法，并配合各种不同材质及功能之零配件加以组装而成之亚克力制品。在加入色素碳黑后可以有效提高抗紫外线的能力，增加使用寿命。防紫外光老化是炭黑在塑料加工中的重要用途，而任何品种的碳黑本身都具备一定程度的防光氧化性，只是程度不同。原生粒径越细，对紫外光吸收率越强；低结构炭黑具有更强的抗紫外光性能；挥发分子的碳黑能进一步增强紫外光稳定性。 亚克力是继陶瓷之后能够制造卫生洁具的最好的新型材料。与传统的陶瓷材料相比，除了无与伦比的高光亮度外，还有下列优点：韧性好，不易破损；修复性强，只要用软泡沫蘸点牙膏就可以将洁具擦拭一新；质地柔和，冬季没有冰凉刺骨之感；色彩鲜艳，可满足不同品位的个性追求。不仅款式精美，经久耐用，还具有环保作用。加入色素碳黑会有较强的兰绿色色光，但当与透明基料、白色基料以及略呈黄色基料搭配，呈现出漂亮的兰色调。碳黑用量虽然不多，但它对塑料性能的影响很大，因此，对塑料用炭黑的性能要求更加严格，不同用途的塑料制品对碳黑性能有不同的要求。对于性能要求很高的塑料，水性碳黑的充分分散是非常重要的。如果能最大限度地提高碳黑的分散水平，可以使塑料的颜色、色相、粘度、光泽、稳定性以及挤出特性等达到更好的要求。 光密度是表征了材料的整体光学性质，通过增强吸收和散射，然后通过调节加量使这个数值成倍。通常，色素高的碳黑吸收性比散射性大得多 ( 要黑得多 ) ，色素低的碳黑表现出高散射性而非吸收性，看上去不黑。九、色素碳黑在我国自古应用 在古代我们的祖先就掌握了简易的色素碳黑生产技术，也叫【墨灰】、【乌烟】主要用于制造墨汁和黑色颜料。在殷商时期的甲骨文就是使用碳黑制墨记载文字的。最近研究表明，在更早的河姆渡文化时期，色素碳黑在陶瓷的烧制中就已经普遍应用了。具体表现为：陶系： 夹碳黑陶约占陶器总数的80%，夹砂黑陶约占20%，彩陶仅在河姆渡遗址有零星发现。夹碳黑陶是在绢云母质的粘土中有意识羼和大量的植物茎叶碎末，谷壳等有机质或事先炭化后再羼入陶土烧成，火候较低，在之间。河姆渡文化的夹炭陶器表面呈黑色很大一部分是在特殊的埋藏条件下产生的变色，原本器表应是班驳的氧化红色。胎质松软，胎厚量轻。器形主要有釜、罐、盆、盘、钵、器盖和器座等。夹砂黑陶质较坚硬，火候稍比夹炭黑陶高，在之间，器壁较薄，器体较重。 到了近代人们通过更高级的技术手段，对于色素碳黑的认识越来越深，是碳氢化合物不完全燃烧或裂化分解而得的碳素微粒。粒子具有微晶结构，碳原子的排列方式类似于石墨，组成六角形平面，通常 3-5个这样的层面组成一个微晶，由于微晶的每个石墨层面中，碳原子的排列是有序的，而相邻层面间碳原子的排列又是无序的，所以又叫准石墨晶体。炭黑的碳晶格中还含有少量的氢、氧等元素。等级是由它们的化学纯度（氧的含量）、表面特性、颗粒度、PH值及挥发性物质的含量等因素来决定的。主要的生产工艺有：炉法、槽法和热裂解法。90%的碳黑作为橡胶的补强材料使用，约有10%的色素碳黑产品用于塑料改性。十、色素碳黑的自然形态 色素碳黑原生粒子并非以单独地分离状态存在。它们通过物理作用形成聚熔体和聚集体。炉黑聚集体的大小，可以通过工艺的变化来适当调整；而气黑的聚集程度则很难调控。碳黑原始粒子的聚集程度通常被称为“结构”。高聚集度的碳黑被称为高结构碳黑，而低聚集度的碳黑则被称为低结构碳黑。色素碳黑所形成的聚集体则呈现出不规则碎片状结构。色素碳黑的结构可以用DBP（邻苯二甲酸二丁酯）吸收值来测量。根据经验，低结构色素碳黑中，每100g碳黑的DBP吸收值应不高于70ml；而高结构颜料碳黑中，每100g碳黑的DBP吸收值应不低于110ml。中结构碳黑则居于两者之间。结构对颜料碳黑应用性有实质性的影响。（吸油值的测量参照ASTMD-2414 标准或GB/T 10722-2003）十一、色素碳黑研磨，性能表现 色素碳黑，有朋友也叫碳黑粉，作为黑色颜料在我国的工业生产中较为常用，赋予了涂料、油墨、塑料、塑胶、色浆、油漆等产品亮丽的黑色，而且还具有抗紫外线的功能。在实际的生产中，要选用合适的分散设备和分散剂，可以很好的体现出色素碳黑的各种性能，在分散前，选用合适的润湿剂，最好能把色素碳黑进行充分的湿润，经过适当时间的湿润，研磨初期最好不要太快，不然色素碳黑的新增界面来不及湿润，会造成分散困难，出现增稠的现象，要控制好研磨速度，可以减少增稠现象的出现，这期间，与操作员的分散设备和分散工艺也有一定的关系。色素碳黑聚集体被慢慢打开，其比表面积也会随之增大，比表面积的增加速度大于被润湿的速度，黏度会迅速增加。直到所有