炭黑是塑料的著色劑、防紫外線老化劑和抗靜電劑。隨著塑料行業(yè)的發(fā)展，炭黑在塑料行業(yè)的用量也越來越大，從普通的日用塑料到高檔的工程塑料都離不開炭黑。和橡膠行業(yè)用炭黑相比，塑料的炭黑用量雖然不多，但它對塑料性能的影響很大，因此，對塑料用炭黑的性能要求更加嚴格，不同用途的塑料制品對炭黑性能有不同的要求，現(xiàn)對炭黑在塑料中應用作一介紹。

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一、炭黑基本性能

炭黑基本性能，原生粒徑、結構、孔隙率和表面官能團，對塑料性能的影響如下：

1．1炭黑原生粒徑小(比表面積大)

(1)可以提高炭黑的黑度；

(2)可以提高炭黑的著色力；

(3)可以增強炭黑抗紫外線的能力；

(4)可以提高炭黑的電導率；

(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。

炭黑的吸水量與炭黑的氮吸附比表面積有很大的關系。當與樹脂混合制成塑料時，炭黑的原生粒徑將是影響塑料吸水量的主要因素。

1．2炭黑結構高

(1)會降低炭黑的黑度和著色力；

(2)可以提高炭黑的分散性；

(3)可以增大塑料的粘度；

(4)提高炭黑的電導率；

(5)在導電炭黑的使用中，可以減少炭黑的使用量。

      炭黑結構是炭黑鏈枝程度或炭黑聚集體大小的表示法。炭黑結構分為一次結構，或稱原生結構和二次結構。一次結構是指原生聚集體形成的結構，原生結構比較牢固，不易破壞，所以一次結構是在塑料體系中實際存在的結構。二次結構是炭黑聚集體靠范德華力凝聚形成的附聚體，二次結構不牢固，易在塑料加工過程中受到破壞。

      炭黑孔隙體積與結構有直接關系，結構高的炭黑存在著較大的孔隙體積；結構低的炭黑則孔隙體積較小，所以孔隙體積是炭黑結構的量度。一般炭黑孔隙體積通過吸液法和壓縮比容法測定。炭黑孔隙體積在一定程度上影響一定粒徑的炭黑的“重量”，因此，加入相同重量、但孔隙體積較大的炭黑，能增加炭黑粒子在塑料中體積數(shù)量，同時也提高了塑料制品的電導性。

1．3炭黑表面官能團多(揮發(fā)物量高，pH值低)

(1)降低炭黑的電導率；

(2)提高炭黑的潤濕性；

(3)增加炭黑的吸水率。

      炭黑表面官能團是在炭黑離子表面生成的含氧基團，它影響著炭黑許多理化性能。炭黑的表面官能團主要是一些酸性的表面基團，主要包括羧基、酚羥基、醌基和內(nèi)酯基等。炭黑表面官能團的多少是由一定溫度和環(huán)境條件下，反應一定時間后，通過測量炭黑的減量來表示的。另外，影響塑料性能的其他因素還有炭黑中硫分、灰分、雜質(zhì)等，還有炭黑的物理形態(tài)，如粉狀或粒狀。

二、炭黑粒子的物理特性

      用帶有自動圖像分析技術的透射電子顯微鏡可以測試炭黑的粒徑、聚集體的尺寸和形狀以及分布狀況。將透射電子顯微技術運用到炭黑聚集體的多重圖像上，可以看到聚集體的三維結構。通過透射電子顯微鏡上的角度計旋轉(zhuǎn)炭黑的聚集體結構，可以發(fā)現(xiàn)不同的角度所看到的聚集體外觀是不一樣的。

      通過不同角度所顯現(xiàn)的聚集體圖像，我們可以建立聚集體的三維圖像?？偠灾ㄟ^旋轉(zhuǎn)方式我們可以看到具有高結構炭黑的聚集體比低結構炭黑的聚集體更大、更復雜。在同樣放大倍率下，用透射電子顯微鏡測試的圖像和用計算機模擬的三維圖像，如圖1所示。從右邊的模擬圖像來看，雖然圖像是二維的，但我們可以明顯感受到聚集體的三維圖像；而且通過觀察，我們可以了解炭黑粒子之間的空間關系。另外，這樣的模型圖像可以根據(jù)需要進行旋轉(zhuǎn)，以觀察和測量炭黑的聚集體。隨著三維圖像分析技術的發(fā)展，未來的三維分析技術，將對聚集體結構如何影響應用性能作出滿意的解釋。