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炭黑 编辑
烃类在严格控制的工艺条件下经气相不完全燃烧或热解而成的黑色粉末状物质。其成分主要是碳单质,并含有少量氧、氢和硫等元素。炭黑粒子近似球形,粒径介于10~500μm 间。许多粒子常熔结或聚结成三维键枝状或纤维状聚集体。在橡胶加工中,通过混炼加入橡胶中作补强剂(见增强材料)和填料。炭黑是最古老的工业产品之一。
中文名:炭黑
外文名:Carbon black
别名:灯墨
化学式:C
CAS登录号:1333-86-4
EINECS登录号:215-609-9
外观:黑色粉末状
表面积
用来鉴别和分类命名炭黑的重要性质之一。表面积用气相或液相吸附法测得。最经典的测定方法是低温氮吸附法(即BET法)。由于氮分子相对较小,可进入炭黑微孔之中,该法测得的结果表征炭黑的总表面积。近年来研究成功大分子吸附法(如CTAB),因大分子不能进入微孔,其测定结果表征炭黑的外表面积,即“光滑”表面积。大多数橡胶用炭黑是无孔的,所以BET测定结果和CTAB测定结果是一致的。对某些色素用炭黑,这两种表面积测定结果的差,即表征炭黑的粗糙度或孔隙度。另一种测定方法──吸碘法也广泛用于生产控制和产品分类,其特点是简单快速,但测定结果受炭黑表面氧化程度的影响。
结构
炭黑的第二个重要性质。炭黑的结构取决于聚集体尺寸、形状以及每个聚集体的粒子数和平均质量。上述这些特性均影响聚集体的堆积状态和粉末的空隙容积。通常,炭黑的结构用DBP(dibutyl phthalate,邻苯二甲酸二丁酯)吸油值表示。炭黑在 170MPa下压缩4次后的DBP值,习惯上称为压缩吸油值或24M4DBP值。压缩吸油值更真实地反映炭黑聚集体在胶料中的状态。
中文名称 | 炭黑 |
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CAS NO. | 1333-86-4 |
中文别名 | 灯墨; 合成纤维色母粒用炭黑; 炉法碳黑; 木丝,刨花; 乙炔黑; 炭黑 |
英文名称 | Carbon black |
EINECS | 215-609-9 |
英文别名 | Acetylene black; lamp black; Carbonnanotubesmultiwalled; Fullerene carbon soot (contains 2-20% C60/C70 and; Carbonanotubesmultiwalled; Carbonsoot; Carbon black; Carbon |
分子式 | C |
分子量 | 12.01 |
安全术语 | S26In case of contact with eyes, rinse immediately with plenty of water and seek medical advice. 不慎与眼睛接触后,请立即用大量清水冲洗并征求医生意见。 |
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风险术语 | R36/37Irritating to eyes and respiratory system. 刺激眼睛和呼吸系统。 |
炭黑
高色素系列碳黑(HCC) | 色素系列碳黑(MCC) | 普通色素碳黑(RCC) | |
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性能 | 后处理气法碳黑 | 后处理气法碳黑 | 后处理炉法碳黑 |
比表面积(BET) | 280-350m2 /g | 150-200m2/g | 120-145m2 /g |
PH 值 | 2.0-3.5 | 3.5-5.0 | 6--8 |
挥 发 分 | 5%-8% | 3%-5% | 0.5%-1.0% |
细 度 | 10-15 μ m | 10-15 μ m | 10-15 μ m |
应用 | 粒度细,易分散,偏酸性,润湿性好。比表面积较大 ,高黑度,光泽好,高着色,兰相,广泛用于汽车漆,高等级油漆,胶印油墨,墨浆,色粉及工程塑料中。 | 粒度细,润湿性,相溶性好,比表面积低于特黑系列,更易分散,中高黑度和着色力,兰相。可广泛用于各种油漆,油墨中及建筑涂料,色母粒中 | 结构低,可以有黏度低,高流动度,易加工分散,兰相。性能好等特点,适用于:水性新闻油墨:如柔性版印刷油墨,热固性卷筒胶印油墨,普通油漆色母中及普通油漆,色母中。 |
比表面积 | 可用BET(Brunauer-Enmet-Teller)即低温氮吸附方法测定。也可用世界上通用的简捷的碘吸附方法。测定结果所代表每克所具有的表面积,(m2/g)。 |
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粒径 | 表中所列出各种碳黑的粒径是表示碳黑原生粒径,它是通过电子显微镜测试的,是一定颗数粒径的平均值。 |
着色力 | 是表示碳黑染色白体的能力,一般着色力高,其遮盖性能好。测试方法按ASTM-3265进行。 |
吸收值(DBP吸收值) | 是用邻苯=甲酸=丁酯(DBP)对碳黑的吸附。当吸附平衡时所消耗DBP量,它代表碳黑结构的大小,吸附值高则碳黑结构高,反之则低。 |
挥发分 | 是碳黑表面吸附的含氧官能团(羧基、醌基、内酯基和羟基等)这些基团的含量代表碳黑的表面化学性质。它与PH值有相关性。 |
PH 值 | 是代表碳黑的酸碱性。一般炉法碳黑均呈碱性(PH>7)。只有经过后处理碳黑其PH值在3--5之间而挥发分较高。 |
表现密度 | 单位体积碳黑的重量即:(克/升),是表示各种型号碳黑所占空间的大小,造粒度愈大,其表现密度也越大,反之则小,造粒度对碳黑的分散性(特别用于塑料和油漆\油墨中)有影响。 |
加热减量 | 是在一定温度下测定碳黑水分含量,它与碳黑的生成环境有关。 |
色素炭黑 | 高色素炭黑、中色素炭黑、普通色素炭黑、水溶性炭黑、环保炭黑、绝缘炭黑、耐高温炭黑、油墨用炭黑、油漆用碳黑、密封胶用炭黑、色母用炭黑、化纤用炭黑、色浆用碳黑、皮革用炭黑、水泥用碳黑、陶瓷用碳黑、兰相色素碳黑、塑料油墨用炭黑、PVC电缆料用炭黑、吹膜色母用碳黑、硅铜胶用碳黑、造纸着色用炭黑、环氧地坪漆用碳黑、汽车涂料用炭黑、防腐漆用碳黑等各种中、高档色素炭黑! |
炉法
炭黑
槽法
炭黑
热裂法
以天然气、焦炉气或重质液态烃为原料,在无氧、无焰的情况下,经高温热解生成炭黑,称为热裂黑。它是炭黑品种中比表面积最低的一类,基本上以单个球形粒子存在,不熔结或聚结成聚集体,其表面含氧量亦很少(0.1%~0.3%)。热裂黑主要有三个品种:中热裂黑、不污染的中热裂黑和细热裂黑。中热裂黑的氮吸附比表面积为6~10m2/g,细热裂黑则为10~15m2g。
二氧化碳转化
卡尔斯鲁厄理工学院(KIT)热过程工程研究所开发的技术,可从大气中直接提取二氧化碳并将其转化为炭黑。
密度
炭黑的密度有两种,一种是真密度,即由组成炭黑的元素及结构(或晶体结构)确定,在没有特别说明的情况下,炭黑的密度指真密度;另一种是倾注密度或视密度,其随炭黑的加工条件变化而不同,需经常测定。视密度主要为工程设备以及包装、贮运等容器的容积计算提供依据。
炭黑的石墨层间距比石墨大,其密度比石墨小。炭黑密度可用不同方法测定,最具代表性的测试方法有X射线衍射法和氦置换法。不同测试方法测定的炭黑密度不同。用X射线衍射法测定的炭黑密度一般为2.O4~2.11Mg·m;用氦置换法测定的炭黑密度一般为1.84~2.O6Mg·m,而石墨化炭黑的密度可达2.18Mg·m。
在橡胶工业中,多用常规混炼法将一定质量的炭黑混入已知密度的橡胶中,通过测试胶料密度来测定炭黑密度。用此法测定的橡胶用炭黑密度一般为1.80~1.86Mg·m,常取1.86Mg·m。粉状炭黑的倾注密度一般为30~48kg·m,增密后粉状炭黑的倾注密度一般为8O~190 kg·m,湿法造粒炭黑的倾注密度一般为3OO~500 kg·m。粒径小、结构高的炭黑倾注密度小。
导电性
炭黑的导电性与其结构(尤其是石墨微晶结构)、表面性质和粒径密切相关。炭黑在橡胶中的导电原理主要有导电通道和场致发射等机理。导电通道机理是炭黑聚集体在胶料中相互接触形成网络状通道而导电。场致发射机理是炭黑聚集体链之间的电势差足够大时会引发场致发射,使电子跃过势垒而导电。根据这些导电机理得出,炭黑粒子越小,即单位体积胶料的炭黑粒子越多,炭黑粒子间接触的几率越大或粒子间间距越小,电阻越小,导电性越好。在粒径相同的炭黑中,高结构炭黑的导电性好,这是高结构炭黑具有较多链枝,从而形成较多链枝交织的导电通道所致。炭黑表面挥发物或残留焦油状物多会在炭黑表面形成绝缘膜而降低炭黑导电性。将这类炭黑在真空或惰性气体中进行加热处理以除去表面绝缘膜,会使其导电性提高。表面粗糙度越大的炭黑导电性越好,这是因为在炭黑用量相同的胶料中,粗糙炭黑粒子间接触的几率比光滑炭黑粒子间大。
综上所述,粒子小、结构高、表面纯净和表面粗糙度大的炭黑导电性好。制备导电胶料时,炭黑的用量不能小于某一临界值,否则胶料中过少的炭黑不能形成导电通道或不能引发场致发射,使胶料的导电性不能达到要求。
炭黑
绝大多数炭黑的碳含量高于97%,只有少数色素用炭黑的碳含量低于90%。炭黑表面上除了化学结合的氧以外,还有水分、溶剂抽出物、硫、氢和无机盐。吸湿性随表面活性、表面积及无机盐含量的增加而提高。炭黑的溶剂抽出物来自没有完全热解的烃类。炭黑的含硫量取决于原料含硫的多寡。无机盐主要来自工艺过程的急冷水和造粒水。
炭黑主要用于橡胶制品,炭黑的粒径越细,其补强性能越优越;炭黑结构度越高,其定伸应力及模量越高。细粒径的补强性品种主要用于轮胎胎面,赋予轮胎优良的耐磨性能。轮胎的其他部位,如胎侧、帘布层、带束缓冲层和内衬层,要求胶料耐曲挠龟裂、耐臭氧氧化、具有良好的回弹性和较低的生热性能,一般选用较粗粒径的半补强型(比表面积低于40m2/g)炉黑。
色素用槽黑广泛用于油墨、涂料和塑料中。油墨、特别是新闻油墨主要使用中色素槽黑。在涂料制造过程中,高色素槽黑赋予高级汽车面漆的黑度和光泽,中色素槽黑用于一般工业涂料。此外,中色素槽黑也常用作聚烯烃的紫外光屏蔽剂,用于提高塑料制品的耐候性。橡胶用槽黑主要用于轮胎特别是越野及工程轮胎的胎面胶,它赋予胎面较高的强度及良好的耐磨性能。
热裂黑主要用于橡胶制品。因粒径粗而补强性能差,仅用于要求最大限度填充增量的场合,如用于制造胶垫、胶管、海绵制品、密封圈、轮胎内衬层、胎圈胶以及绝缘制品等。
橡胶工业形势
由于全球炭黑需求的91%与其作为橡胶填料的用途有着密切的联系,所以炭黑市场的走势与橡胶和轮胎工业休戚相关。全世界范围内,每100份橡胶要消耗43份炭黑。除了全世界使用的橡胶总量外,对炭黑的需求还受到橡胶制品结构的影响,特别是轮胎用橡胶与非轮胎用橡胶的百分比。这是由于,与非轮胎橡胶制品相比,平均来说,轮胎胶料需要的炭黑用量较大。归根结底,机动车产量和机动车保有量(即在用车辆数)是轮胎、橡胶和配合材料领域的主要拖动力。其它重要的宏观影响因素包括工业、建筑业消费和消费者的消费状况(尤其是像家用电器之类的耐用品)。
炭黑
北美和欧盟的橡胶需求紧随亚洲之后,两者各占全球需求的15%-16%o这两大市场处于成熟期,受到经济衰退的沉重打击。根据初步测算,北美的橡胶需求与2008年相比,2009年估计下降22%,而欧盟市场估计下降26%。即使在这次下降之前,这两大市场也只有缓慢的增长,因为美国的生产厂商和欧盟的主要经济实体都继续面临来自新兴地区(特别是亚洲)的低成本生产厂商在劳动力密集行业的强烈竞争。欧盟的橡胶需求预计从2008年到2015年每年下降1.2%,尽管这一时期包括2009年的急剧下降和随之而来的从2010年到2015年每年3%的适度增长。这一增长主要是由来自欧盟新成员(波兰、匈牙利、捷克共和国和斯洛文尼亚)的需求拖动的。北美橡胶市场预计到2015年每年下降8.7%,包括2009年的需求急剧下降和随之而来的从2010年到2015年每年小于2%的适度增长。巨大的美国市场会受到持续不断进口的子午线轮胎和橡胶工业制品的影响。这种情形将会打击美国的国内生产,尽管由于对中国的轿车轮胎征收高额进口关税而可能取得某些适度增长。
主要国家概况
到2008年为止,十二大炭黑生产国排名依次是:中国、美国、日本、俄罗斯、印度、韩国、巴西、泰国、德国、法国、意大利和埃及。2008年,这十二个国家总共生产了800万吨炭黑,占全球产量的82%。由于中国、俄罗斯、印度、巴西和泰国的产量大幅度上升,被前十二大炭黑生产国控制的份额稳步增长,从2002年的78%到2006年的80%再到2008年的82%。与2006年的排序相比,印度前移一位取代韩国排在第五,巴西靠前移动两位排名第七,而泰国向前移动一位排在第八。德国从第七位下滑到第九位,而加拿大则挤出了十二强,被排第十二位的埃及取代。2002年,中国的产量仅仅是美国产量的一半多一点,但是到2009年却超出美国产量约40%。美国产量下降是由于在面临轮胎工业重组以及科伦比恩、卡博特和伊沃尼克(Eyonik)等公司生产能力减小的情况下国内需求不旺。相反中国炭黑工业持续扩张和实现现代化,大部分的增长都是为了满足中国轮胎生产快速增长。2009年,卡博特公司在中国天津建成的新厂,同时科伦比恩化学品公司完成了2006年末收购的潍坊炭黑厂的扩建工程。中国的几大炭黑生产厂家也已经扩能,包括黑猫炭黑公司、山西远征化工公司和新星化碳公司等在内。
日本仍然是世界上第三大炭黑生产国,2008年产量总计达814500吨。日本的产量今后不大可能增长太多,因为环保政策和成本因素使其不太可能扩大生产,而日本的最大生产厂商普利司通和东海碳素等公司已经开始在海外(中国和泰国)扩大生产能力。
在希马德里(Himadri)化工、菲利普炭黑(PCB)、高技术碳和大陆碳等公司近期的和计划的扩产工程的基础上,印度的炭黑产量在顺利增长,超过全球平均增长率。由于科伦比恩、伊沃尼克和卡博特等公司扩大生产能力,巴西的炭黑产量近年来已经大幅度增长。由于泰国炭黑、泰国东海碳产品和普利司通等公司扩大生产,泰国作为全球主要的炭黑生产国正在崛起。
炭黑
炭黑工业展望
从2000年到2008年,全世界炭黑需求量每年递增3.2%,而从2008年到2015年预计每年递增2.3%。2008年;全世界炭黑产量为980万吨,就像汽车和轮胎工业受全球金融危机影响一样,前半年稳步增长而后半年大幅度下降。2009年,全球需求量预计下降8.2%,需求量下跌到900万吨。根据2009年第三季度末的数据,2009年炭黑产量下降得最多的是北美(-22%)、欧盟(-26%)南美(-19%)和东欧(-15%)。在主要生产地区中,2009年只有亚洲炭黑需求大量增长(4.3%),主要是来自中国的强劲增长(22%)和增长较少的印度(5.3%)、泰国(3.9%)。亚洲的增长量被日本(-24%)和韩国(-19%)的大幅度下降抵消。
炭黑
由于橡胶市场将从经济危机低谷中反弹,2010年出现7.3%的增长,再加上随之而来的从2010年到2015年的3.6%的长期增长,预测2015年全世界炭黑消耗量将达到1150万吨。进展将来自于亚洲,特别是中国、印度、印度尼西亚和泰国的拉动。Notch咨询集团预测,中国的炭黑需求总量在2015年将达到370万吨。随着轿车子午线轮胎产量增大正在成为主要拖动力,中国市场的各个领域正在扩张。由于全球对添加炭黑填料的主要产品的需求不旺,特种炭黑产品市场已经有所滞后。
产业研究报告
《2012-2016年中国炭黑产业深度研究报告》是炭黑领域全面和专业的深度研究报告,报告首先介绍了炭黑的背景知识,包括炭黑的定义 分类 应用及生产工艺和产品规格 技术参数;接着统计了20家国内外炭黑生产企业炭黑产品(硬质炭黑 软质炭黑)产能 产量 销量 成本 价格 利润 产值 利润率等详细的相关参数,同时统计了这些企业的炭黑产品 客户 原料 产地及企业背景信息,然后对这些企业相关数据进行汇总统计和总结分析,得到中国炭黑企业炭黑产品(硬质炭黑 软质炭黑)销量市场份额,中国炭黑需求量及供需关系,中国炭黑2009-2015年 产量 销量售价 成本 利润 产值 利润率等,同时结合下游轮胎市场的现状对炭黑市场供需变化及企业发展策略进行分析,另外还对年产4万吨炭黑项目采用案例分析的模式进行了详细分析和研究,同时对整个炭黑行业的过去,现在和未来进行全面深度的总结。
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