炭黑的元素组成和表面官能团
2023-09-22
炭黑是一种常规的纳米材料，应用很普遍。炭黑主要是有Ｃ、Ｈ、０、Ｓ、Ｎ等元素组成，Ｃ含量很大，达到９８％Ｗ上。炭黑中的ＯＷＣｘＯｙ形式存在于聚集体的表面，而Ｈ和Ｓ在聚集体的表面和内部都有分布。炭黑中只有极少的Ｈ、０、Ｓ等元素，但是这些元素对炭黑的性质的影响却很大。这些微量元素能在炭黑微粒表面能形成大量的－Ｃ００Ｈ、－０Ｈ、－Ｃ－０－Ｃ－、酿基和内醋基等含氧官能团Ｗ及少量的含硫官能团。
１）Ｃ－０表面基团Ｃ－０基团是炭黑表面生成的很有用的基团。它对炭黑的催化活性、电化学性能Ｗ及湿润性等理化性能有着决定性的作用。不是所有的含氧基团都是酸性的，还有中性、碱性两种。当碳与氧在４００°Ｃ的高媪下接触、或者常温下碳与氧化剂溶液反应，就会生成酸性含氧基团。这些表面基团的热稳定性较差，在惰性气体或真空中进行３００？８００°Ｃ的富温处理就会分解，析出二氧化碳和水。这些酸性表面基团主要为－Ｃ００Ｈ、－０Ｈ、酿基内醋基或二氧化碳凝结层，酸性主要来源是－ＣＯＯＨ。
２）Ｃ－Ｈ表面基团炭黑中的氨是１＾也〇、－ＯＨ、－Ｃ－０－Ｃ－和氨酿基团形式表现的。另外也有少量的－Ｈ直接键合在Ｃ－上，形成Ｃ－Ｈ键。元素分析可知：炭黑中氨的质量分数含量为０．０１％－０．７％。炉法炭黑中氨的含量跟炭黑比表面积成反比关系的。
３）其他化学官能团
除了０和Ｈ外，还有一些元素也能和Ｃ结合，在炭黑表面形成能用来聚合反应的官能团。这些元素有一部分是由炭黑原料油或气带入的，有的则是炭黑在后处理过程中形成的。很多反应可Ｗ利用炭黑表面的官能团来完成，坪川纪夫等人［１３拥炭黑表面的－ＯＨ和－ＣＯＯＨ来进行反应，得到一些反应性基团可供聚合反应。（图１．３－图１．５）
１．２．４巧黑的粒径和比表面积
炭黑的粒径是指炭黑原生粒子的大小，用算术平均粒径表示，这个数值在１０－５００ｎｍ之间。除了热裂炭黑Ｗ外，炭黑的原生粒子都不能Ｗ单个粒子的形式存在，只能是聚集体，这是炭黑存在的很小的单元。炭黑的粒径是一个非常重要的指标，它是用来划分炭黑品种的基础，炭黑的很多其他指标都与它相关。测定炭黑粒径的方法主要有：反射率法、电镜法等。
炭黑的比表面积是指Ｉｇ炭黑粉末的总表面积，比表面积也是炭黑的基本性能之一。如果不考虑炭黑表面的粗糖度，炭黑比表面积与粒径是成反比关系的。测定炭黑比表面积的方法有：ＢＥＴ吸附法、ＣＴＡＢ比表面积测定法等。
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