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炭黑的用途及其在国民经济中的作用

发布日期:2024-06-13

  • 详细介绍
炭黑的用途及其在国民经济中的作用
 
炭黑
 
炭黑是现代国民经济中不可缺少的重要化工原料之一、1997年,全世界炭黑的年产量已达660kt,其中90%以上用于橡胶工业,其余则用于油墨、涂料、塑料及其他工业部门。炭黑对国家交通运输业的量发展,实现农业机械化,加强国防建设,以及提高人民物质生活和精神文明建设具有十分重大的意义。
 
1.3.1橡胶工业
 
炭黑是橡胶制品的重要补强剂和填充剂。橡胶工业没有炭黑工业辅助配合,是不可能发展的;反之,炭黑工业没有橡胶工业的支撑,也不可能得到迅速的发展。两者互依互存,共同发展。在橡胶用炭黑中75%左右的炭黑是被用来制造各种类型的轮胎,如汽车轮胎、拖拉机轮胎、飞机轮胎、力车胎等,其余被用来制造其他橡胶制品,如胶管胶带、胶鞋等。炭黑在胶料中的用量约为生胶用量的35%~50%。炭黑对橡胶起着那么重要的作用,是由于它具有非常优异的补强性能。早在1912年,人们在天然胶料中发现炭黑的特殊补强效果,而且炭黑对合成橡胶的补强作用越加显著,其重要标志是改善轮胎胎面的磨耗性能,极大提高了轮胎行驶里程,还能提高胶料的拉伸强度和撕裂强度等物理机械性能
 
在应用上,按其使用条件和所用胶种,选用不同品种的炭黑,甚至同一产品的不同部位,配用不同的炭黑。如轮胎,胎面胶要求具有较高的强伸性能、耐磨性能以及较好的抗老化性能,以提高其行驶里程和使用寿命。胎面胶料以丁苯橡胶和顺丁橡胶为主时,炭黑选用N300系列和N200系列。胎侧胶要求具有一定的强伸性能,可选用N300炭黑,如偏重于要求压出性能好,则选用N550或N660炭黑、对于于帘布胶,要求弹性好,生热低,耐屈挠性能好,可选用N660炭黑以获得良好的加工性。内胎要求较高的弹性,低生热,以及良好的气密性,常选用N700炭黑。
 
1.3.2油墨工业
 
炭黑是黑色油墨的主要颜料。印刷油墨大多使用优质的色素炭黑,炭黑的基本性质(粒径大小、结构性和表面性质)在很大程度上影响着油墨的质量和印刷品的质量。印刷油墨对炭黑的要求,主要是黑度色相、流相度、粘度、干燥性和触变性等。现代的油墨种类很多,用途很广,其中新闻油墨用炭黑占全部油墨用炭黑的70%左右,炭黑含量11%~13%。每印刷1报纸要消耗16kg的新闻油墨。由此可见,炭黑对油墨工业起着十分重要的作用。
 
1.3.3涂料工业
 
炭黑具有对化学物质、光、热的稳定性,这是其他黑色无机颜料和有机染料无法比拟的。炭黑加入涂料中,其反射少,黑度高,耐候性好,着色力强。但也必须指出,炭黑的分散是诸颜料中最困难的。这是由于炭黑粒子聚集和附集程度高、吸油量大所致,炭黑黑度越高,分散越难。炭黑在油漆中形成不稳定悬浮质点,往往使油漆贮存过程中炭黑粒子又重新附聚而使漆料返粗变质。
 
炭黑的基本性能直接影响涂料的黑度、流变性和光泽等性能。当炭黑粒径变小或表面积增大时,黑度增加,这是由于光的吸收增多,反射更少,使人们感觉更黑;粘度增加,分散性降低,因为粒子间引力增大,破坏附聚体需要更多的能量;光泽减少,涂层中供光线反射的漆料减少。当炭黑结枃增大时,黑度降低,由于互相结团,会反射更多的光;粘度增加,漆料需要增加,自由流动漆料减少,分散性差,需更大的剪切力破坏附聚体;光泽降低,漆料需要增加,表面上的自由漆料减少。当炭黑表面活性增加时,黑度增加,粘度降低,分散性增加,光泽也提高。这相当于加入一种有效的润滑剂或分散剂,降低了炭黑被漆料润滑的界面阻力,帮助漆料渗透到炭黑粒子中去。为改善炭黑对漆料的质量影响和黑漆的贮存稳定性,对炭黑进行后处理是行之有效的方法。有三种方法,即表面氧化、溶剂预浸处理和表面接枝处理等。
 
1.3.4塑料工业
 
塑料用炭黑在非橡胶应用领域里占很大的比重。它不仅可以着色或调色,还可起到防止紫外线老化、抗静电或导电等作用。在使用上为使炭黑在塑料中具有良好的分散性,通常是把炭黑预先分散在某种介质之中,称为色母料,而且再把这种母料与适当配比的塑料,稀释至炭黑含量1%~2%。
 
1.3.4.1着色剂
 
使用粒径较小的色素炭黑,可达到深黑的着色效果。对光学性能要求高的塑料制品,大部采用高色素炭黑。对本色很浅的塑料,如ABS等,需要优异的着色强度,炭黑添加量在1%~2%之间;而对普通着色只需0.5%~1%。有的塑料制品对光泽和黑度要求不高,可选用中等粒子的炭黑品种。
 
炭黑也常用于塑料配色。把少量炭黑(0.01%~0.5%)加入钛白、铬黄或其他颜料中,制成各种灰色和彩色制品。应当指出,炭黑对塑料的着色作用,除受炭黑品种和浓度影响外,塑料的性质、着色加工方法以及其他配合剂等也有着重要的影响。同一种炭黑,以同样浓度加入不同品种的塑料中,其黑度也不一样。
 
1.3,4.2常外光剂
 
由于炭黑具有极强的吸光性,能防止紫外光老化,保护塑料免受光降解,特别是聚烯烃,很易受到光降解,一般以2.5%炭黑浓度用于聚烯烃可达到最佳的防老化效果。
 
3.4.3导电剂
 
塑料是一种绝缘材料,这是由于其优异的介电性能所致。在一般情况下,要使电流通过含炭黑复合塑料,电子必须通过炭黑而传导。为此,正确选择炭黑品种和添加量,是塑料具有一范围导电性的关键。导电炭黑在塑料中均匀分散时,其添加量在10%~35%之间。炭黑的分散性与添加方法对塑料导电性能影响很大,而且大量填充炭黑,往往使塑料制品的机槭性能变坏。因此,导电塑料中炭黑,常选用导电性能优良的炭黑品种,力求在较低的添加量下获得较好的导电效果。

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