碳黑（carbon black），又名炭黑，是一種無定形碳。輕、松而極細的黑色粉末，表面積非常大，范圍從10~3000m2/g，

是含碳物質(zhì)（煤、重油、燃料油等）在空氣不足的條件下經(jīng)不完全燃燒或受熱分解而得的產(chǎn)物。比重1.8-2.1。

由氣制成的稱“氣黑”，由油類制成的稱“燈黑”，由乙炔制成的稱“乙炔黑”。此外還有“槽黑”、“爐黑”。

按炭黑性能區(qū)分有“補強炭黑”、“導電炭黑”、“耐磨炭黑”等。

可作黑色染料，用于制造中國墨、油墨、油漆等，也用于做橡膠的補強劑。

? 炭黑由碳組成，但通常被定為無機顏料類。炭黑是烴類經(jīng)氣相不完全燃燒或熱裂解而成的黑色粉末狀物質(zhì)。由于生產(chǎn)工藝的不同，

通過不同的工藝條件可得到各種性質(zhì)不同的產(chǎn)品。

1） 炭黑的微觀構(gòu)造

? ? ? ?炭黑粒子具有微晶結(jié)構(gòu)，在炭黑中，碳原子的排列方式類似于石墨，組成六角形平面，通常 3~5個這樣的層面組成一個微晶，

由于炭黑微晶的每個石墨層面中，碳原子的排列是有序的，

而相鄰層面間碳原子的排列又是無序的，所以又叫準石墨晶體。

2） 炭黑的粒徑

? ? ? ?顏料炭黑的粒子細度可低至5 nm，一般說來，炭黑粒子不是孤立存在的，而是多個粒子通過碳晶層互相穿插，形成鏈枝狀。

不同生產(chǎn)工藝可得到粒徑范圍極廣的炭黑粒子，燈黑生產(chǎn)工藝得到的產(chǎn)品相對粗糙，而氣黑生產(chǎn)工藝可得到精細的產(chǎn)品。

? ? ? ?用爐黑生產(chǎn)工藝可得到幾乎所有粒徑范圍的炭黑，同一品種的炭黑，其粒子大小并不完全相同，呈現(xiàn)一個粒徑分布范圍。

一般來說，粒子較細的品種，粒徑分布較窄。

炭黑的生產(chǎn)工藝不同，則表面的化學性能也有差別。大多數(shù)炭黑的真實表面積大于由粒徑計算出的幾何表面積。這是由于炭黑特別是粒徑小于25nm的炭黑表面存在許多微孔。

據(jù)分析，可在炭黑表面檢測如酚基、醌基、羧基等基團，這些酸性基團濃度在氣黑和氧化爐黑的表面特別高。在爐黑中可檢測到吡喃酮結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)決定了爐黑的堿性性質(zhì)。揮發(fā)份含量可判斷表面官能團的濃度，也可測得炭黑的極性。另外由于炭黑的表面積較大，容易吸附揮發(fā)份環(huán)境中的水分，所以炭黑在運輸，貯存及使用過程中要特別注意吸濕問題。

大部分都是探討導電粒子接觸的幾何學研究。該理論認為，炭黑填充量越大，處于分散狀態(tài)的炭黑粒子或炭黑粒子集合體的密度也越大，粒子間的平均距離越小，相互接觸的幾率越高，炭黑粒子或炭黑粒子集合體形成的導電通路也越多。不同極性的高聚物與炭黑組成共混體系的極性越大，炭黑臨界體積分數(shù)就越大，意味著體系的導電性下降，因為炭黑表面含有很強的極性基團，基體極性大，作用增強，這時強度增加，卻妨礙導電粒子自身的凝集，以致導電性差。但是在多組分基體樹脂與炭黑組成的共混體系中，由于不同基體的極性不同，填充炭黑會產(chǎn)生偏析現(xiàn)象，這時導電性能取決于炭黑粒子在偏析相中的濃度和分布狀態(tài)，還取決于偏析相高聚物所占比例。

黑度

黑度是指炭黑所具有的黑色呈現(xiàn)強度。炭黑作著色時，黑度主要基于對光的吸收，對于特定濃度的炭黑，炭黑越細小，則光吸收程度越高。黑度除了受炭黑內(nèi)部的光吸收外，也受由于粒子表面幾何機構(gòu)的影響而產(chǎn)生了具有增亮效應的光散射，這會降低黑度。隨著粒徑的減小，光散射程度降低。只有對于很細的炭黑，提高炭黑的濃度才能提高黑度，對于粗大的炭黑，具支配因素的光散射程度因炭黑數(shù)增加而提高，黑度反而相應降低。

著色強度

著色強度可以理解為抵消白色顏料增白能力的效果。著色強度也是隨著原生粒子的粒徑減小和結(jié)構(gòu)的減小而提高。

色調(diào)

“炭黑粒子”的光散射程度，隨著粒徑的減小而降低，除了影響增光效應，也影響色調(diào)，原因如下：　當可將光穿過一主色為黑色的著色層時，短波的藍光比長波的紅光的散射效應更強烈。炭黑越細，這種效應越顯著。紅光成分由于散射損失較小，因此進入著色層的深度大一些。藍光總體散射強烈，在相反方向，即后方的散射也強烈，于是又從著色層中反射出來。當觀察反射過程時，經(jīng)細炭黑著色的出現(xiàn)藍 調(diào)，會給人黑度更高的感覺。如果炭黑粗大，則相應地呈現(xiàn)棕 調(diào)。當觀察透射過程時，相同的著色層（不完全透明的薄膜）的色調(diào)關(guān)系正好相反，隨著粒徑的減小，散射較強的藍光穿過著色層的深度較小，即藍光穿過著色層至另一面成分較少，從另一面穿出來。因此，由于在觀察的那一面缺少藍光成分，著色層在透射過程中觀察時，便呈現(xiàn)棕 調(diào)。當以鈦白粉調(diào)灰（灰 調(diào)）時的情形，與在透射過程中觀察主色的著色狀況相似，光線在含有黑色顏料塑料片中的白顏料中來回散射，越小粒徑的炭黑，會使可見光內(nèi)藍光的散射越強，因此較多其余的紅光部分便透射過來，呈現(xiàn)出帶黃 調(diào)的灰色，相反地，如著色時用粗粒徑的炭黑，尤其是較為粗大的燈黑，則會得到帶藍 調(diào)的灰色。

分散性

顏料黑越細，炭黑聚集體之間接觸點便越多，結(jié)果它們之間內(nèi)聚力越強，當把顏料黑摻入料，即開始進行始炭黑均勻分布時，則對分散要作的功便大，以把炭黑粒子分隔開來， 終達到 高的黑度和著色。與高結(jié)構(gòu)炭黑相比，低結(jié)構(gòu)炭黑較有可能達到高的濃度，但在分散過程中卻因此需要較大分散力。炭黑的分散性能受結(jié)構(gòu)程度的影響，由于高結(jié)構(gòu)炭黑具有良好的分散性能，所以其著色強度也就自然較強。

在使用粉狀炭黑時，會出現(xiàn)分散及令人頭疼的灰塵問題，因此，可使用母粒或漿狀物。

預制炭黑的價格要比單純使用顏料黑要高，但若考慮到清潔的工序、高的效率及技術(shù)投資少的優(yōu)點，炭黑制劑是有其價值的。

光穩(wěn)定性

光會使塑料老化，尤其是陽光中的紫外線會加速塑料的老化。在配合運用有機紫外光吸收劑和抗氧化劑可使壽命延長。然而顏料黑仍然被認為是 的紫外線穩(wěn)定劑。

顏料黑作為紫外光吸收劑，主要用作延長塑料制品在戶外使用壽命。

濃度為0.5%的小粒徑炭黑（20 nm）與2%的相對粗粒徑的炭黑（95 nm）差不多具有同樣的光保護作用。