炭黑的性質(zhì)對(duì)性能的影響有哪些方面?
炭黑是一種由含碳物質(zhì)如煤、天然氣、重油、燃料油等,在缺氧條件下經(jīng)不完全燃燒或熱解生成的黑色粉末狀物質(zhì),通常被歸類為無(wú)機(jī)顏料。由于炭黑的生產(chǎn)工藝不同,不同的工藝會(huì)產(chǎn)生性質(zhì)各異的炭黑產(chǎn)品。這些性質(zhì)直接影響了炭黑的性能,以下是炭黑性質(zhì)對(duì)其性能的主要影響方面。
1. 黑度
黑度是指炭黑表現(xiàn)出的黑色強(qiáng)度。炭黑的黑度主要與其吸收光線的能力有關(guān)。通常,炭黑顆粒越細(xì)小,光的吸收程度越高,黑度也就越強(qiáng)。炭黑的黑度不僅受其內(nèi)部光吸收能力的影響,還受到顆粒表面的幾何結(jié)構(gòu)影響。顆粒表面會(huì)產(chǎn)生光散射效應(yīng),這種效應(yīng)會(huì)降低炭黑的黑度。隨著顆粒尺寸的減小,光散射效應(yīng)減弱,黑度隨之增強(qiáng)。然而,對(duì)于粗大的炭黑,由于顆粒數(shù)量的增加,光散射效應(yīng)加強(qiáng),導(dǎo)致黑度反而下降。
2. 著色強(qiáng)度
著色強(qiáng)度是指炭黑在與白色顏料混合時(shí),抵消白色顏料增白效果的能力。隨著炭黑原生粒子的粒徑減小和結(jié)構(gòu)的優(yōu)化,著色強(qiáng)度會(huì)相應(yīng)提高。這意味著較細(xì)的炭黑顆粒能夠更有效地分散光線,從而增強(qiáng)其著色強(qiáng)度。
3. 色調(diào)
炭黑粒子的光散射效應(yīng)會(huì)隨著粒徑的減小而減弱,這不僅影響其增光效應(yīng),還影響其色調(diào)。當(dāng)光穿過(guò)黑色的著色層時(shí),短波的藍(lán)光比長(zhǎng)波的紅光散射效應(yīng)更強(qiáng)烈。因此,炭黑顆粒越細(xì)小,這種藍(lán)光散射效應(yīng)越顯著。由于紅光的散射損失較小,能夠穿透更深的著色層,而藍(lán)光則由于強(qiáng)烈的散射,容易被反射出來(lái)。于是,通過(guò)細(xì)炭黑著色的物體會(huì)呈現(xiàn)出藍(lán)色色調(diào),給人一種黑度更高的感覺(jué)。而粗大的炭黑則傾向于呈現(xiàn)棕色色調(diào)。
在透射光的情況下,這種關(guān)系則相反。隨著炭黑粒徑的減小,藍(lán)光在著色層中的散射更強(qiáng),導(dǎo)致透射光中的藍(lán)光成分減少。因此,在透射光下觀察時(shí),著色層會(huì)呈現(xiàn)出棕色色調(diào)。對(duì)于含有鈦白粉等白色顏料的灰色調(diào),如果使用細(xì)炭黑,由于藍(lán)光散射增強(qiáng),透射光會(huì)顯得略帶黃色調(diào)的灰色;而如果使用粗粒徑的炭黑,如燈黑,灰色則會(huì)顯得帶有藍(lán)色色調(diào)。
4. 分散性
炭黑的分散性是其性能的關(guān)鍵因素之一。炭黑顆粒越細(xì),聚集體之間的接觸點(diǎn)越多,導(dǎo)致內(nèi)聚力增強(qiáng)。因此,在混入其他顏料時(shí),炭黑的分散性變得更為重要。低結(jié)構(gòu)的炭黑雖然有更高的分散性,但在分散過(guò)程中需要施加更大的分散力。相比之下,高結(jié)構(gòu)炭黑由于良好的分散性,通常具有更強(qiáng)的著色能力。為了改善分散性并減少粉塵問(wèn)題,常使用炭黑母?;驖{料形式,這樣可以提高操作的清潔度和效率。
5. 光穩(wěn)定性
光,特別是紫外線,會(huì)導(dǎo)致塑料等材料的老化。炭黑是一種非常有效的紫外線穩(wěn)定劑,可以延長(zhǎng)塑料制品的使用壽命。通過(guò)配合有機(jī)紫外線吸收劑和抗氧化劑,炭黑能夠顯著提高塑料在戶外使用時(shí)的光穩(wěn)定性。
6. 食品接觸安全性
在涉及食品接觸材料的著色時(shí),炭黑顏料必須符合相關(guān)的食品衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)。這些標(biāo)準(zhǔn)包括對(duì)重金屬含量、在稀鹽酸中的溶解度、以及芳香胺含量的限制。同時(shí),各國(guó)還制定了炭黑的純度標(biāo)準(zhǔn),這些標(biāo)準(zhǔn)在不同國(guó)家之間可能存在差異。
綜上所述,炭黑的性質(zhì)對(duì)其在應(yīng)用中的表現(xiàn)有著重要影響。理解并控制這些性質(zhì)對(duì)于提高炭黑在工業(yè)中的性能具有重要意義。
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