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色素炭黑的基本性质与分类


  炭黑由碳组成,通常被定无机颜料为类,是烃类经气相不完全燃烧或热烈解而成的黑色粉末状物质。由于生产工艺的不同,通过不同的工艺条件可得到各种性质不同的产品。
  炭黑粒子具有微晶结构,碳原子的排列方式类似于石墨,组成六角形平面,通常3-5个这样的层面组成一个微晶,由于炭黑微晶的每个石墨层面中,碳原子的排列是有序的,而相邻层面间碳原子的排列又是无序的,所以又叫准石墨晶体。
  颜料炭黑的粒子细度可低至5nm,一般说来,粒子不是孤立存在的,而是多个粒子通过碳晶层互相穿插,形成链枝状。不同生产工艺可得到粒径范围极广的粒子,灯黑生产工艺得到的产品相对粗糙,而气黑生产工艺可得到精细的产品。用炉黑生产工艺可得到几乎所有粒径范围的色素炭黑,同一品种其粒子大小并不完全相同,呈现一个粒径分布范围。一般来说,粒子较细的品种,粒径分布较窄。
黑度是指色素炭黑所具有的黑色呈现强度。作着色时,黑度主要基于对光的吸收,对于特定浓度的色素炭黑,越细小,则光吸收程度越高。黑度除了受内部的光吸收外,也受由于粒子表面几何机构的影响而产生了具有增亮效应的光散射,这会降低黑度。随着粒径的减小,光散射程度降低。只有对于很细的色素炭黑,提高浓度才能提高黑度,对于粗大的炭黑,具支配因素的光散射程度因其数量增加而提高,黑度反而相应降低。
  着色强度:着色强度可以理解为抵消白色颜料增白能力的效果。着色强度也是随着原生粒子的粒径减小和结构的减小而提高。
  色调:“炭黑粒子”的光散射程度,随着粒径的减小而降低,除了影响增光效应,也影响色调,原因如下: 当可将光穿过一主色为黑色的着色层时,短波的蓝光比长波的红光的散射效应更强烈。炭黑越细,这种效应越显著。红光成分由于散射损失较小,因此进入着色层的深度大一些。蓝光总体散射强烈,在相反方向,即后方的散射也强烈,于是又从着色层中反射出来。当观察反射过程时,精细的炭黑着色的出现蓝色色调,会给人黑度更高的感觉。如果炭黑粗大,则相应地呈现棕色色调。 当观察透射过程时,相同的着色层(不完全透明的薄膜)的色调关系正好相反,随着粒径的减小,散射较强的蓝光穿过着色层的深度较小,即蓝光穿过着色层至另一面成分较少,从另一面穿出来。因此,由于在观察的那一面缺少蓝光成分,着色层在透射过程中观察时,便呈现棕色色调。 当以钛白粉调灰(灰色色调)时的情形,与在透射过程中观察主色的着色状况相似,光线在含有黑色颜料塑料片中的白颜料中来回散射,越小粒径的炭黑,会使可见光内蓝光的散射越强,因此较多其余的红光部分便透射过来,呈现出带黄色色调的灰色,相反地,如着色时用粗粒径的炭黑,尤其是较为粗大的灯黑,则会得到带蓝色色调的灰色。
  色素炭黑越细,聚集体之间接触点便越多,结果它们之间内聚力越强,当把颜料黑掺入料,即开始进行均匀分布时,则对分散要作的功便大,以把粒子分隔开来,最终达到最高的黑度和着色。与高结构炭黑相比,低结构炭黑较有可能达到高的浓度,但在分散过程中却因此需要较大分散力。分散性能受结构程度的影响,由于高结构炭黑具有良好的分散性能,所以其着色强度也就自然较强。
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