烴類在嚴(yán)格控制的工藝條件下經(jīng)氣相不完全燃燒或熱解而成的黑色粉末狀物質(zhì)。其成分主要是元素碳，并含有少量氧、氫和硫等。炭黑粒子近似球形，粒徑介于10～500μm 間。許多粒子常熔結(jié)或聚結(jié)成三維鍵枝狀或纖維狀聚集體。在橡膠加工中，通過混煉加入橡膠中作補(bǔ)強(qiáng)劑（見增強(qiáng)材料）和填料。 炭黑是最古老的工業(yè)產(chǎn)品之一。早在公元前，中國(guó)就用植物油不完全燃燒制取顏料炭黑。1872年，美國(guó)首先以天然氣為原料用槽法生產(chǎn)炭黑。當(dāng)時(shí)，炭黑也仍主要用作著色劑。1912年S.C.莫特發(fā)現(xiàn)炭黑對(duì)橡膠的補(bǔ)強(qiáng)作用之后，炭黑工業(yè)才迅速發(fā)展起來。20世紀(jì)20年代，又出現(xiàn)了以天然氣為原料的氣爐黑和熱裂黑，R.D.斯諾于1937年開始研究高效的炭黑生產(chǎn)方法。后來，J.C.克雷奇致力于從液態(tài)烴生產(chǎn)炭黑，開發(fā)了油爐法工藝。1941年，試產(chǎn)出第一批油爐黑。1943年，世界上第一座工業(yè)化規(guī)模的油爐黑工廠在美國(guó)投產(chǎn)。當(dāng)今，油爐法是效率最高、經(jīng)濟(jì)效益最好的炭黑生產(chǎn)方法。油爐黑的產(chǎn)量已占炭黑總量的70%～90%。
一、高色素系列碳黑（ HCC ）：
性能：后處理氣法碳黑
比表面積（ BET ）： 280-350m2 /g；
PH 值 : 2.0-3.5；
揮 發(fā) 分 : 5%-8%；
細(xì) 度 : 10-15 μ m。
應(yīng)用：粒度細(xì)，易分散，偏酸性，潤(rùn)濕性好。比表面積較大 ，高黑度，光澤好，高著色，蘭相，廣泛用于汽車漆，高等級(jí)油漆，膠印油墨，墨漿，色粉及工程塑料中。
二、色素系列碳黑（ MCC ）
性能：后處理氣法碳黑
比表面積（ BET ） ：150-200m2/g；
PH 值 : 3.5-5.0；
揮 發(fā) 分 ： 3%-5%
細(xì)度 ：10-15 μ m.。
應(yīng)用：粒度細(xì)，潤(rùn)濕性，相溶性好，比表面積低于特黑系列，更易分散，中高黑度和著色力，蘭相�？蓮V泛用于各種油漆，油墨中及建筑涂料，色母粒中。
性能：后處理爐法碳黑，比表面積（ BET ）： 120-145m 2 /g； PH 值 :6--8；揮發(fā)分 0.5%-1.0%； DBP ： 0.7-0.9 。
應(yīng)用：中高黑度和著色力，黏度低，流動(dòng)性好，是色母粒，纖維母粒及塑料制品專用系列碳黑，可廣泛用于膠印油墨，色母，色漿中及電線電纜中。
三 普通色素碳黑（ RCC ）
性能：后處理爐法碳黑。 粒度細(xì)， 10-15 μ m ；比表面積偏低， 60--100 m2 /g。
應(yīng)用：結(jié)構(gòu)低，可以有黏度低，高流動(dòng)度，易加工分散，蘭相。性能好等特點(diǎn)，適用于：水性新聞?dòng)湍�：如柔性版印刷油墨，熱固性卷筒膠印油墨 , 普通油漆色母中及普通油漆，色母中。
各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)意義
比表面積：
可用BET(Brunauer-Enmet-Teller)即低溫氮吸附方法測(cè)定。也可用世界上通用的簡(jiǎn)捷的碘吸附方法。測(cè)定結(jié)果所代表每克所具有的表面積,(m2/g)。
粒徑：
表中所列出各種碳黑的粒徑是表示碳黑原生粒徑，它是通過電子顯微鏡測(cè)試的，是一定顆數(shù)粒徑的平均值。
吸收值(DBP吸收值）：
是用鄰苯=甲酸=丁酯(DBP)對(duì)碳黑的吸附。當(dāng)吸附平衡時(shí)所消耗DBP量，它代表碳黑結(jié)構(gòu)的大小，吸附值高則碳黑結(jié)構(gòu)高，反之則低。
著色力：
是表示碳黑染色白體的能力，一般著色力高，其遮蓋性能好。測(cè)試方法按ASTM-3265進(jìn)行。
揮發(fā)分：
是碳黑表面吸附的含氧官能團(tuán)（羧基、醌基、內(nèi)酯基和羥基等）這些基團(tuán)的含量代表碳黑的表面化學(xué)性質(zhì)。它與PH值有相關(guān)性。
PH 值：
是代表碳黑的酸堿性。一般爐法碳黑均呈堿性（PH>7)。只有經(jīng)過后處理碳黑其PH值在3--5之間而揮發(fā)分較高。
表現(xiàn)密度：
單位體積碳黑的重量即：（克/升），是表示各種型號(hào)碳黑所占空間的大小，造粒度愈大，其表現(xiàn)密度也越大，反之則小，造粒度對(duì)碳黑的分散性（特別用于塑料和油漆\油墨中）有影響。
加熱減量：
是在一定溫度下測(cè)定碳黑水分含量，它與碳黑的生成環(huán)境有關(guān)。
同盛色素炭黑：高色素炭黑、中色素炭黑、普通色素炭黑、水溶性炭黑、環(huán)保炭黑、絕緣炭黑、耐高溫炭黑、油墨用炭黑、油漆用碳黑、密封膠用炭黑、色母用炭黑、化纖用炭黑、色漿用碳黑、皮革用炭黑、水泥用碳黑、陶瓷用碳黑、蘭相色素碳黑、塑料油墨用炭黑、PVC電纜料用炭黑、吹膜色母用碳黑、硅銅膠用碳黑、造紙著色用炭黑、環(huán)氧地坪漆用碳黑、汽車涂料用炭黑、防腐漆用碳黑等各種中、高檔色素炭黑！
生產(chǎn)方法
主要有爐法、槽法、熱裂法三種。
爐法
由天然氣或高芳烴油料在反應(yīng)爐中經(jīng)不完全燃燒或熱解生成炭黑，此種炭黑稱為爐黑，是炭黑品種中產(chǎn)量最大、品種最多的一類。爐黑與槽黑及熱裂黑的顯著區(qū)別是，其粒子的熔結(jié)或聚結(jié)程度可根據(jù)不同用途來調(diào)節(jié)。所以,同一粒徑范圍的爐黑,又分為若干不同結(jié)構(gòu)的衍生品種。另外，爐黑的含氧量通常比槽黑低（少于1%），表面呈中性或弱堿性。爐黑生產(chǎn)的特點(diǎn)是，燃料在反應(yīng)爐中燃燒，提供原料裂解所需的熱量。燃燒和裂解過程同時(shí)發(fā)生。根據(jù)所用原料形態(tài)的不同，爐黑生產(chǎn)可分為氣爐法和油爐法兩種。氣爐法所用原料和燃料均是天然氣。油爐法的燃料可以是天然氣、焦?fàn)t氣，也可以是液態(tài)烴，原料則選用高芳烴油料，如乙烯焦油和蒽油等。在爐黑生產(chǎn)工藝流程（見圖）中，反應(yīng)爐是核心設(shè)備。生產(chǎn)不同品種的爐黑需采用不同結(jié)構(gòu)尺寸的反應(yīng)爐�？諝夂腿剂显诜磻�(yīng)爐中燃燒，原料經(jīng)霧化后噴入燃燒的火焰中，經(jīng)高溫?zé)峤馍�成炭黑。炭黑懸浮于燃余氣中形成煙氣。煙氣�?jīng)急冷后送空氣預(yù)熱器、油預(yù)熱器進(jìn)一步降溫，最后送入袋濾器，分離出的炭黑送到造粒機(jī)中造粒，然后在干燥機(jī)中干燥。
槽法
以天然氣為主要原料，以槽鋼為火焰接觸面而生產(chǎn)炭黑，此種炭黑稱為槽黑。與爐黑及熱裂黑相比，其粒子較細(xì)而比表面積較大。同時(shí)，由于采用特定的生產(chǎn)方式，其表面受到氧化，含有較多的含氧官能團(tuán)而呈酸性。這類炭黑粒子的聚結(jié)程度較低。因含有較多的含氧官能團(tuán)，可延緩橡膠的硫化速度，提高聚烯烴的耐候性以及賦予油墨良好的流動(dòng)性和印刷性能。
熱裂法
以天然氣、焦?fàn)t氣或重質(zhì)液態(tài)烴為原料，在無氧、無焰的情況下，經(jīng)高溫?zé)峤馍�成炭黑，稱為熱裂黑。它是炭黑品種中比表面積最低的一類，基本上以單個(gè)球形粒子存在,不熔結(jié)或聚結(jié)成聚集體,其表面含氧量亦很少(0.1%～0.3%)。熱裂黑主要有三個(gè)品種：中熱裂黑、不污染的中熱裂黑和細(xì)熱裂黑。中熱裂黑的氮吸附比表面積為6～10m2/g，細(xì)熱裂黑則為10～15m2g。
理化性質(zhì)
各種炭黑的差異主要在表面積（或粒子大�。�、聚集體形態(tài)、粒子和聚集體的質(zhì)量分布和化學(xué)組成等方面。
表面積
用來鑒別和分類命名炭黑的重要性質(zhì)之一。表面積用氣相或液相吸附法測(cè)得。最經(jīng)典的測(cè)定方法是低溫氮吸附法（即BET法）。由于氮分子相對(duì)較小,可進(jìn)入炭黑微孔之中，該法測(cè)得的結(jié)果表征炭黑的總表面積。近年來研究成功大分子吸附法（如CTAB），因大分子不能進(jìn)入微孔，其測(cè)定結(jié)果表征炭黑的外表面積，即“光滑”表面積。大多數(shù)橡膠用炭黑是無孔的,所以BET測(cè)定結(jié)果和CTAB測(cè)定結(jié)果是一致的。對(duì)某些色素用炭黑，這兩種表面積測(cè)定結(jié)果的差，即表征炭黑的粗糙度或孔隙度。另一種測(cè)定方法──吸碘法也廣泛用于生產(chǎn)控制和產(chǎn)品分類，其特點(diǎn)是簡(jiǎn)單快速，但測(cè)定結(jié)果受炭黑表面氧化程度的影響。
結(jié)構(gòu)
炭黑的第二個(gè)重要性質(zhì)。炭黑的結(jié)構(gòu)取決于聚集體尺寸、形狀以及每個(gè)聚集體的粒子數(shù)和平均質(zhì)量。上述這些特性均影響聚集體的堆積狀態(tài)和粉末的空隙容積。通常，炭黑的結(jié)構(gòu)用DBP（dibutyl phthalate，鄰苯二甲酸二丁酯）吸油值表示。炭黑在 170MPa下壓縮4次后的DBP值，習(xí)慣上稱為壓縮吸油值或24M4DBP值。壓縮吸油值更真實(shí)地反映炭黑聚集體在膠料中的狀態(tài)。
物理性質(zhì)
密度
炭黑的密度有兩種，一種是真密度，即由組成炭黑的元素及結(jié)構(gòu)(或晶體結(jié)構(gòu))確定，在沒有特別說明的情況下，炭黑的密度指真密度；另一種是傾注密度或視密度，其隨炭黑的加工條件變化而不同，需經(jīng)常測(cè)定。視密度主要為工程設(shè)備以及包裝、貯運(yùn)等容器的容積計(jì)算提供依據(jù)。
炭黑的石墨層間距比石墨大，其密度比石墨小。炭黑密度可用不同方法測(cè)定，最具代表性的測(cè)試方法有X射線衍射法和氦置換法。不同測(cè)試方法測(cè)定的炭黑密度不同。用X射線衍射法測(cè)定的炭黑密度一般為2.O4～2.11Mg·m；用氦置換法測(cè)定的炭黑密度一般為1.84～2.O6Mg·m，而石墨化炭黑的密度可達(dá)2.18Mg·m。
在橡膠工業(yè)中，多用常規(guī)混煉法將一定質(zhì)量的炭黑混入已知密度的橡膠中，通過測(cè)試膠料密度來測(cè)定炭黑密度。用此法測(cè)定的橡膠用炭黑密度一般為1.80～1.86Mg·m，常取1.86Mg·m。粉狀炭黑的傾注密度一般為30～48kg·m，增密后粉狀炭黑的傾注密度一般為8O～190 kg·m，濕法造粒炭黑的傾注密度一般為3OO～500 kg·m。粒徑小、結(jié)構(gòu)高的炭黑傾注密度小。
導(dǎo)電性
炭黑的導(dǎo)電性與其結(jié)構(gòu)(尤其是石墨微晶結(jié)構(gòu))、表面性質(zhì)和粒徑密切相關(guān)。炭黑在橡膠中的導(dǎo)電原理主要有導(dǎo)電通道和場(chǎng)致發(fā)射等機(jī)理。導(dǎo)電通道機(jī)理是炭黑聚集體在膠料中相互接觸形成網(wǎng)絡(luò)狀通道而導(dǎo)電。場(chǎng)致發(fā)射機(jī)理是炭黑聚集體鏈之間的電勢(shì)差足夠大時(shí)會(huì)引發(fā)場(chǎng)致發(fā)射，使電子躍過勢(shì)壘而導(dǎo)電。根據(jù)這些導(dǎo)電機(jī)理得出，炭黑粒子越小，即單位體積膠料的炭黑粒子越多，炭黑粒子間接觸的幾率越大或粒子間間距越小，電阻越小，導(dǎo)電性越好。在粒徑相同的炭黑中，高結(jié)構(gòu)炭黑的導(dǎo)電性好，這是高結(jié)構(gòu)炭黑具有較多鏈枝，從而形成較多鏈枝交織的導(dǎo)電通道所致。炭黑表面揮發(fā)物或殘留焦油狀物多會(huì)在炭黑表面形成絕緣膜而降低炭黑導(dǎo)電性。將這類炭黑在真空或惰性氣體中進(jìn)行加熱處理以除去表面絕緣膜，會(huì)使其導(dǎo)電性提高。表面粗糙度越大的炭黑導(dǎo)電性越好，這是因?yàn)樵谔亢谟昧肯嗤�的膠料中，粗糙炭黑粒子間接觸的幾率比光滑炭黑粒子間大。
綜上所述，粒子小、結(jié)構(gòu)高、表面純凈和表面粗糙度大的炭黑導(dǎo)電性好。制備導(dǎo)電膠料時(shí)，炭黑的用量不能小于某一臨界值，否則膠料中過少的炭黑不能形成導(dǎo)電通道或不能引發(fā)場(chǎng)致發(fā)射，使膠料的導(dǎo)電性不能達(dá)到要求。
著色強(qiáng)度
表征炭黑性質(zhì)的指標(biāo)。將一定量的炭黑和白色顏料（通常是氧化鋅或鈦白）混于油類展色劑中，制成灰色墨漿，然后測(cè)定該墨漿對(duì)可見光的散射能力。高著色強(qiáng)度的炭黑，光吸收系數(shù)高而反射率低。著色強(qiáng)度主要反映聚集體的平均體積及其尺寸分布。
絕大多數(shù)炭黑的碳含量高于97%，只有少數(shù)色素用炭黑的碳含量低于90%。炭黑表面上除了化學(xué)結(jié)合的氧以外，還有水分、溶劑抽出物、硫、氫和無機(jī)鹽。吸濕性隨表面活性、表面積及無機(jī)鹽含量的增加而提高。炭黑的溶劑抽出物來自沒有完全熱解的烴類。炭黑的含硫量取決于原料含硫的多寡。無機(jī)鹽主要來自工藝過程的急冷水和造粒水。
分類
各種炭黑的分類常常涉及其生產(chǎn)方式，如槽黑、爐黑和熱裂黑等。也可按用途分類，如橡膠用炭黑和色素用炭黑等。炭黑品種的命名原則是在生產(chǎn)和使用過程中逐漸形成的。最初，以炭黑特性和生產(chǎn)方式的英文詞匯的縮寫字母表示,如以HAF表示高耐磨爐黑,以MCC表示中色素槽黑。美國(guó)試驗(yàn)和材料學(xué)會(huì)(ASTM)頒布了一種命名系統(tǒng)，主要規(guī)定了橡膠用炭黑的命名原則。目前，ASTM命名系統(tǒng)已被世界各國(guó)所接受。它是由一個(gè)字母和三個(gè)數(shù)字組成，字母表明炭黑表面性質(zhì)對(duì)橡膠加工過程的影響，以N表示正常硫化的品種，以S表示緩慢硫化的品種。字母后面的第一個(gè)數(shù)字表示炭黑的粒子大小。以電子顯微鏡法測(cè)定的平均粒徑為依據(jù)，把所有炭黑的粒徑范圍分為10個(gè)等級(jí)，最細(xì)的為0而最粗的為9。其余后兩個(gè)數(shù)字用以區(qū)別炭黑結(jié)構(gòu)和使用性能方面的差異。如超耐磨爐黑可表示為SAF或N110；高耐磨爐黑表示為HAF或N330；高耐磨高結(jié)構(gòu)爐黑表示為HAF-HS或N347；半補(bǔ)強(qiáng)爐黑為SRF或N770等。易混槽黑則表示為EDC或S300。
應(yīng)用
主要用作橡膠的補(bǔ)強(qiáng)劑和填料，其消耗量約為橡膠消耗量的一半，橡膠用炭黑占炭黑總量的94%，其中約60%用于輪胎制造。此外，也用作油墨、涂料和塑料的著色劑以及塑料制品的紫外光屏蔽劑。在許多其他制品，如電極、干電池、電阻器、炸藥、化妝品及拋光膏中，它也是重要的助劑。
炭黑主要用于橡膠制品，炭黑的粒徑越細(xì)，其補(bǔ)強(qiáng)性能越優(yōu)越；炭黑結(jié)構(gòu)度越高，其定伸應(yīng)力及模量越高。細(xì)粒徑的補(bǔ)強(qiáng)性品種主要用于輪胎胎面，賦予輪胎優(yōu)良的耐磨性能。輪胎的其他部位，如胎側(cè)、簾布層、帶束緩沖層和內(nèi)襯層，要求膠料耐曲撓龜裂、耐臭氧氧化、具有良好的回彈性和較低的生熱性能，一般選用較粗粒徑的半補(bǔ)強(qiáng)型（比表面積低于40m2/g）爐黑。
色素用槽黑廣泛用于油墨、涂料和塑料中。油墨、特別是新聞?dòng)湍�主要使用中色素槽黑。在涂料制造過程中,高色素槽黑賦予高級(jí)汽車面漆極好的黑度和光澤,中色素槽黑用于一般工業(yè)涂料。此外，中色素槽黑也常用作聚烯烴的紫外光屏蔽劑，用于提高塑料制品的耐候性。橡膠用槽黑主要用于輪胎特別是越野及工程輪胎的胎面膠，它賦予胎面較高的強(qiáng)度及良好的耐磨性能。
熱裂黑主要用于橡膠制品。因粒徑粗而補(bǔ)強(qiáng)性能差，僅用于要求最大限度填充增量的場(chǎng)合，如用于制造膠墊、膠管、海綿制品、密封圈、輪胎內(nèi)襯層、胎圈膠以及絕緣制品等。