【正文】 用平均粒徑來表示炭黑的粒子大小，炭黑工業(yè)常用的平均粒徑有算術(shù)平均粒徑和表面平均粒徑兩種。 ? 算術(shù)平均粒徑，是一種最常用的平均粒徑： ? 表面平均直徑有時(shí)也稱為幾何平均直徑，它的定義如下： ihiiihiin fdfdNd ??????1*11???2*3*iiiiS dfdfd 表面平均直徑常大于算術(shù)平均直徑，它與粒徑分布大小有關(guān)，故可用 ds/dn的比值判斷炭黑粒徑的分散程度，比值越小，粒徑分布越窄，反之則越寬。粒徑分散程度對補(bǔ)強(qiáng)作用有一定影響，一般希望分布窄些好。 炭黑的透射電子顯微鏡 (TEM ) 的照片：為測定了2022～ 10000 個(gè)炭黑粒子的直徑后求出的平均粒徑及其分布。 由透射電子顯微鏡求出的橡膠用炭黑的粒經(jīng)分布 橡膠用炭黑的斯托克斯粒徑分布 利用離心沉降法，根據(jù)斯托克斯 (Stokes) 沉降速度公式，得到的有關(guān)粒徑分布的信息。 2．炭黑的比表面積 炭黑表面積是指單位質(zhì)量或單位體積（真實(shí)體積）中炭黑粒子的總表面積，單位為 m2/g或m2/cm3。炭黑的比表面積有外表面積（光滑表面）、內(nèi)表面積（孔隙表面積）和總表面積（外表面積和內(nèi)表面積之和）之分。 （ 1）用電子顯微鏡測定炭黑的粒徑及比表面積 （ 2） BET法測定炭黑的比表面積 （ 3）碘吸附測定比表面積 （ 4）大分子表面活性劑吸附法測比表面積 （ 5）測定炭黑比表面積的其它方法 設(shè) S為單位質(zhì)量炭黑的比表面積（ m2/g）， ρ為密度（ g/cm3）。對于球形粒子，則 S與 ds有下列關(guān)系： SSSdddS???? 661 32??比表面積與粒徑互換 二．炭黑的結(jié)構(gòu)度 炭黑的結(jié)構(gòu)度是指炭黑鏈枝結(jié)構(gòu)的發(fā)達(dá)程度。炭黑的結(jié)構(gòu)性通常是指炭黑的一次結(jié)構(gòu)，但也含二次結(jié)構(gòu)的問題。 1．炭黑的一次結(jié)構(gòu) 炭黑的一次結(jié)構(gòu)就是聚集體，又稱為基本聚熔體或原生結(jié)構(gòu)，它是炭黑的最小結(jié)構(gòu)單元。它是微球形基本粒子之間相互溶融，被支化成鏈狀或不規(guī)則鏈鎖狀的復(fù)雜的聚集狀態(tài) 。通過電子顯微鏡可以觀察到這種結(jié)構(gòu)。 炭黑一次結(jié)構(gòu)的透射電子顯微鏡照片 這種結(jié)構(gòu)在橡膠的混煉及加工過程中，除小部分外，大部分被保留，所以可視其為在橡膠中最小的分散單位，所以又稱為炭黑的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。這種一次結(jié)構(gòu)對橡膠的補(bǔ)強(qiáng)及工藝性能有著本質(zhì)的影響。 一次結(jié)構(gòu)狀態(tài)的 TEM解析 由于圖象解析裝置的發(fā)展 , 根據(jù) TEM 照片 , 對一次結(jié)構(gòu)的大小和狀態(tài) (結(jié)構(gòu)復(fù)雜性和各向異性 ) 直接進(jìn)行測定和定量的方法也取得了很大的進(jìn)步。一次結(jié)構(gòu)狀態(tài)的解析結(jié)果如下表所示。 一次結(jié)構(gòu)狀態(tài)的 TEM解析結(jié)果 但 TEM測定方法既費(fèi)時(shí)間又費(fèi)勞力，所以其富有研究性的味道。實(shí)際上，作為評(píng)價(jià)一次結(jié)構(gòu)被支化成不規(guī)則鏈鎖狀的程度， 即評(píng)價(jià)結(jié)構(gòu)發(fā)達(dá)程度的方法， 可對一次結(jié)構(gòu)聚集時(shí)形成的空隙進(jìn)行測定。結(jié)構(gòu)發(fā)達(dá)的炭黑，其一次結(jié)構(gòu)間的空隙增大。 一次聚集體結(jié)構(gòu)間的空隙一般用鄰苯二甲酸二丁酯 (DBP) 充填， 用其 DBP 的體積表示。 DBP(m l246。100g) 值大表示結(jié)構(gòu)發(fā)達(dá)。 2．炭黑的二次結(jié)構(gòu) 炭黑的二次結(jié)構(gòu)又稱為附聚體、凝聚體或次生結(jié)構(gòu)，它是炭黑聚集體間以范德華力相互聚集形成的空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)不太牢固，在與橡膠混煉時(shí)易被碾壓粉碎稱為聚集體。 炭黑的結(jié)構(gòu)性與炭黑的品種及生產(chǎn)方法有關(guān)，采用高芳香烴油類生產(chǎn)的高耐磨爐黑，有較高的結(jié)構(gòu)性；瓦斯槽黑只有 2~3個(gè)粒子熔聚在一起；而熱裂法炭黑幾乎沒有熔聚現(xiàn)象，其粒子呈單個(gè)狀態(tài)存在。所以一般將炭黑結(jié)構(gòu)性分為低結(jié)構(gòu)、正常結(jié)構(gòu)和高結(jié)構(gòu)三種。 根據(jù)石墨結(jié)晶模型來描述炭黑的結(jié)構(gòu)，聚集體的結(jié)構(gòu)層次為： 元素碳 → 碳核（六邊形） → 多核層面→ 炭黑微晶 → 炭黑粒子 → 炭黑的一次結(jié)構(gòu)（聚集體） 3．炭黑結(jié)構(gòu)度的測定方法 炭黑結(jié)構(gòu)的測定方法有多種，如電鏡法及圖象分析法、吸油值法、視比容法及水銀壓入法等。 DBP吸油值法 工業(yè)上廣泛采用的是吸油值法即用鄰苯二甲酸二丁酯（ DBP）的吸收值來表征炭黑的結(jié)構(gòu)， DBP吸油值法是以單位質(zhì)量炭黑吸收鄰苯二甲酸二丁酯的體積表示，該測定測定值包括碳黑的一次結(jié)構(gòu)和二次結(jié)構(gòu)。通常 DBP值越高，即炭黑的結(jié)構(gòu)性越高。 一般高結(jié)構(gòu)炭黑 DBP吸油值大于 120cm3/100g，低結(jié)構(gòu)炭黑低于 80 cm3/100g。 壓縮 DBP吸油值 尚若在橡膠混煉中施加較大的力，二次結(jié)構(gòu)將被破壞， 所以也可采用測定前施以一定的壓縮力，將聚集體復(fù)附聚作用產(chǎn)生的二次結(jié)構(gòu)破壞后再測定得到的 DBP 吸油值稱為壓縮 DBP吸油值。它表征碳黑的一次結(jié)構(gòu)。 炭黑壓縮處理次數(shù)與 DBP 吸油值變化的關(guān)系 可知 , 高結(jié)構(gòu)炭黑的 DBP 吸油值降低顯著。 炭黑粒子表面的新模型 三 . 炭黑的表面性質(zhì) 用 AFM 解析的炭黑粒子表面 三 . 炭黑的表面性質(zhì) 炭黑粒子表面化學(xué)性質(zhì)與炭黑的化學(xué)組成和炭黑粒子的表面狀態(tài)有關(guān)。 1．炭黑的化學(xué)組成 炭黑主要是由碳元素組成的，含碳量為 90~99%，還有少量氧、氫、氮和硫等元素，其它還有少許揮發(fā)分和灰分，構(gòu)成了炭黑的化學(xué)組成。因?yàn)樘荚右怨矁r(jià)鍵結(jié)合成六角形層面，所以炭黑具有芳香族的一些性質(zhì)。 2．炭黑的表面基團(tuán) 炭黑表面上有自由基、氫、羥基、羧基、內(nèi)酯基、醌基，見圖 33。這些基團(tuán)估計(jì)主要在層面的邊緣。 圖 33 炭黑的表面基團(tuán)示意圖 炭黑表面的含氧基團(tuán) 含氧基團(tuán)有羥基、羧基、酯基及醌基。這些基團(tuán)含量對炭黑水懸浮液的 PH值有重要作用，含量高， PH值小，反之亦然。例如槽法炭黑水懸浮液的 PH值在 ~，爐法炭黑 PH值一般在 7~10間。 酸性 弱酸性 水解后呈酸性 H 2 O O HCOO HOCOCOO H O H炭黑表面官能團(tuán)測定結(jié)果 炭黑的表面基團(tuán)具有一定的反應(yīng)性，可以產(chǎn)生氧化反應(yīng)、取代反應(yīng)、還原反應(yīng)、離子交換反應(yīng)、接枝反應(yīng)等，是炭黑表面改性的基礎(chǔ)。 3 空隙度（表面粗糙程度） 表面粗糙度是指炭黑粒子在形成過程中，因粒子表面發(fā)生氧化侵蝕所形成的孔洞的多少，即氧化程度。這是由于碳?xì)浠衔锔邷厝紵呀鈺r(shí)，炭黑成粒過程伴隨有劇烈氧化作用所致。 炭黑粒子的表面粗糙度可用表面粗糙度系數(shù) K來表征，即用 BET法測得的總比表面積與用 CTAB法測得的外比表面積之比值。 四．炭黑的其它性質(zhì) 1．炭黑的光學(xué)性質(zhì) 炭黑著色強(qiáng)度是炭黑混入白色顏料后反射力降低的程度。它是炭黑的重要光學(xué)性質(zhì)，并與炭黑的粒徑、結(jié)構(gòu)等因素有關(guān)。炭黑粒徑小，著色強(qiáng)度高；炭黑結(jié)構(gòu)高，著色強(qiáng)度低。著色強(qiáng)度是測定橡膠用炭黑光學(xué)性質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)方法，常用于研究新工藝炭黑的光學(xué)性質(zhì)及質(zhì)量控制。 2．炭黑的密度 炭黑密度是指單位體積炭黑的質(zhì)量，有真密度和視密度之分，單位為 g/cm3或kg/m3。炭黑的傾注密度，大多數(shù)品種在~（或 300~500kg/m3）之間，它對炭黑的加工及貯運(yùn)有實(shí)際意義。 3．導(dǎo)電性 炭黑是一種半導(dǎo)體材料，常用電導(dǎo)率或電阻率表示它的電性能。炭黑的導(dǎo)電性與其微觀結(jié)構(gòu)、粒子大小、結(jié)構(gòu)、表面性質(zhì)等密切相關(guān)。