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炭黑(CarbonBlack)是指碳?xì)浠衔镌诳量虠l件下燃燒不完全或經(jīng)熱解而形成的黑色粉末狀物質(zhì),是現(xiàn)代工業(yè)中使用頻率最高的一種原料。作為歷史最悠久的工業(yè)原料,炭黑在輪胎、橡膠、塑料、油漆、印刷等領(lǐng)域應(yīng)用十分廣泛。其中在輪胎領(lǐng)域炭黑應(yīng)用最為廣泛,占炭黑應(yīng)用領(lǐng)域的66.7%。但是炭黑粒子由于其表面極少有極性基團(tuán),導(dǎo)致其表面呈現(xiàn)惰性,因此在添加到基材作為補(bǔ)強(qiáng)材料時(shí),會(huì)存在與基材相容性差、粒子分散性差等缺點(diǎn),嚴(yán)重限制了炭黑粒子的應(yīng)用,因此炭黑在應(yīng)用時(shí)進(jìn)行表面修飾是非常有必要的。

炭黑粒子表面改性的主要目的是在炭黑粒子表面引入各種功能性基團(tuán),增強(qiáng)炭黑粒子表面活性從而改善粒子分散性以及相容性,拓寬炭黑的應(yīng)用領(lǐng)域范圍。同時(shí)通過炭黑表面改性還可以賦予其新的功能和性能,滿足不同領(lǐng)域?qū)μ亢诓牧系男枨蟆?/span>

目前工業(yè)生產(chǎn)炭黑的方法主要是爐法生產(chǎn),但是通過這種方法生產(chǎn)出來的產(chǎn)品表面有很多非極性的基團(tuán),極少有極性基團(tuán),而且pH值一般也在堿性范圍內(nèi),這就造成了這種炭黑顆粒在水性體系中分散性極差,所以要增加炭黑顆粒表面的極性基團(tuán)數(shù)量,才能改善這種問題。才可使微粒在水系內(nèi)的分散性增強(qiáng),相互接觸的可能性變小。

等離子體處理改性炭黑

低溫等離子體從宏觀上看是電荷呈中性的電離氣體。凡對(duì)物質(zhì)施加能量后?使其形態(tài)發(fā)生變化從固體到液體再到氣體如再施加能量最終能使氣體的分子及其原子成為電離狀態(tài)這就是物質(zhì)的第四態(tài)即等離子狀態(tài)。

等離子改性法是目前非常先進(jìn)的炭黑表面處理方法,作為物質(zhì)第四態(tài)的等離子體,其內(nèi)蘊(yùn)含了龐大的能量。利用等離子能量高、活性大的特點(diǎn),在炭黑表面引入新的極性基團(tuán),從而對(duì)其進(jìn)行改性。

等離子體改性技術(shù)廣泛地應(yīng)用于修飾各種各樣固體基體以及包括炭黑等填料。等離子體處理炭黑的主要優(yōu)勢(shì)有一下幾點(diǎn)：（1）反應(yīng)只發(fā)生在炭黑表面，不影響炭黑的內(nèi)部結(jié)構(gòu)；（2）可以使用各種不同的等離子以產(chǎn)生不同的改性；（3）等離子體處理炭黑的反應(yīng)時(shí)間短，且無需固液分離等工序，改性成本較低；（4）等離子處理能夠降低炭黑的表面能，使炭黑的表面能與各種彈性體例如丁苯橡膠、順丁橡膠等的表面能相近，同時(shí)等離子體處理炭黑能降低填料與填料之間的相互作用。

等離子處理炭黑會(huì)使炭黑表面石墨微晶的C-C鍵、C-O鍵以及其他官能團(tuán)發(fā)生斷裂，從而形成具有高活性的反應(yīng)點(diǎn)，能夠與橡膠等聚合物發(fā)生吸附等物理化學(xué)作用，從而提高了炭黑與聚合物基體間的相互作用，復(fù)合材料的性能得以提高。

通過氧氣等離子處理后的炭黑表面含氧官能團(tuán)含量增加，使得炭黑由憎水性材料變?yōu)橛H水性材料。通過不同工藝氣體等離子體對(duì)炭黑粒子表面進(jìn)行調(diào)控,可以引入合適基團(tuán),以此來滿足各個(gè)領(lǐng)域?qū)μ亢诹Ｗ拥牟煌枨?。同時(shí)該方法綠色環(huán)保,效率高,發(fā)展?jié)摿薮?是炭黑表面改性的不二選擇。