炭黑在塑料中有哪些作用？

      炭黑是塑料的着色剂、防紫外线老化剂和抗静电剂。随着塑料行业的发展，炭黑在塑料行业的用量也越来越大，从普通的日用塑料到高档的工程塑料都离不开炭黑。和橡胶行业用炭黑相比，塑料的炭黑用量虽然不多，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炭黑性能有不同的要求，现对炭黑在塑料中应用作一介绍。

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一、炭黑基本性能

炭黑基本性能，原生粒径、结构、孔隙率和表面官能团，对塑料性能的影响如下：

1．1炭黑原生粒径小(比表面积大)

(1)可以提高炭黑的黑度；

(2)可以提高炭黑的着色力；

(3)可以增强炭黑抗紫外线的能力；

(4)可以提高炭黑的电导率；

(5)能增大塑料的粘度；

(6)降低炭黑的分散性；

(7)增加炭黑和塑料的吸水量。

炭黑的吸水量与炭黑的氮吸附比表面积有很大的关系。当与树脂混合制成塑料时，炭黑的原生粒径将是影响塑料吸水量的主要因素。

1．2炭黑结构高

(1)会降低炭黑的黑度和着色力；

(2)可以提高炭黑的分散性；

(3)可以增大塑料的粘度；

(4)提高炭黑的电导率；

(5)在导电炭黑的使用中，可以减少炭黑的使用量。

      炭黑结构是炭黑链枝程度或炭黑聚集体大小的表示法。炭黑结构分为一次结构，或称原生结构和二次结构。一次结构是指原生聚集体形成的结构，原生结构比较牢固，不易破坏，所以一次结构是在塑料体系中实际存在的结构。二次结构是炭黑聚集体靠范德华力凝聚形成的附聚体，二次结构不牢固，易在塑料加工过程中受到破坏。

      炭黑孔隙体积与结构有直接关系，结构高的炭黑存在着较大的孔隙体积；结构低的炭黑则孔隙体积较小，所以孔隙体积是炭黑结构的量度。一般炭黑孔隙体积通过吸液法和压缩比容法测定。炭黑孔隙体积在一定程度上影响一定粒径的炭黑的“重量”，因此，加入相同重量、但孔隙体积较大的炭黑，能增加炭黑粒子在塑料中体积数量，同时也提高了塑料制品的电导性。

1．3炭黑表面官能团多(挥发物量高，pH值低)

(1)降低炭黑的电导率；

(2)提高炭黑的润湿性；

(3)增加炭黑的吸水率。

      炭黑表面官能团是在炭黑离子表面生成的含氧基团，它影响着炭黑许多理化性能。炭黑的表面官能团主要是一些酸性的表面基团，主要包括羧基、酚羟基、醌基和内酯基等。炭黑表面官能团的多少是由一定温度和环境条件下，反应一定时间后，通过测量炭黑的减量来表示的。另外，影响塑料性能的其他因素还有炭黑中硫分、灰分、杂质等，还有炭黑的物理形态，如粉状或粒状。

二、炭黑粒子的物理特性

      用带有自动图像分析技术的透射电子显微镜可以测试炭黑的粒径、聚集体的尺寸和形状以及分布状况。将透射电子显微技术运用到炭黑聚集体的多重图像上，可以看到聚集体的三维结构。通过透射电子显微镜上的角度计旋转炭黑的聚集体结构，可以发现不同的角度所看到的聚集体外观是不一样的。

      通过不同角度所显现的聚集体图像，我们可以建立聚集体的三维图像。总而言之，通过旋转方式我们可以看到具有高结构炭黑的聚集体比低结构炭黑的聚集体更大、更复杂。在同样放大倍率下，用透射电子显微镜测试的图像和用计算机模拟的三维图像，如图1所示。从右边的模拟图像来看，虽然图像是二维的，但我们可以明显感受到聚集体的三维图像；而且通过观察，我们可以了解炭黑粒子之间的空间关系。另外，这样的模型图像可以根据需要进行旋转，以观察和测量炭黑的聚集体。随着三维图像分析技术的发展，未来的三维分析技术，将对聚集体结构如何影响应用性能作出满意的解释。