炭黑的表面性质

1.挥发分
当把炭黑隔绝空气在高温下加热时，大部分炭黑均能放出气体，这一事实证明炭黑中还有另一些。早期并不明了炭黑挥发分的组成是什么以及在炭黑上是怎样存在的，就把它简单低称作含氧复合物C_XO_Y。进一步研究证明，炭黑中的氧是以各种含氧官能团的形式结合于炭黑表面上的。
槽黑挥发分的含量远较炉黑为高，一般在5%左右；炉黑一般在1%左右。挥发分含量同炭黑pH之间的关系如图3-8所示。炭黑挥发分含量影响胶料的硫化速度。当炭黑的挥发分较高时，对胶料的硫化有延迟作用。高挥发分含量的炭黑用于油墨时，可增加油墨的流动性，分散性好，增加黑度；配于涂料中时，可使粘度降低，改善分散性能，增加黑度，其缺点是使涂膜呈红相。

3.表面官能团
通过炭黑在400~1600°C真空热分解所放出的H₂、CO、CO₂和H₂O的气体色谱分析，研究加热温度与气体量的关系（见图3-10）证明，所释放出的气体来源于不同的含氧有机官能团。用格林纳试剂、硼氢化钠、酸碱滴定以及重氮甲烷试剂等对炭黑的测定均表明，在炭黑的巨大芳核的周边上结合有羧基、酚基、醌基、内酯基等表面官能团：

对炭黑表面官能团的分析可归纳为四种方法：即真空热解、氧化还原、离子交换和衍生物的生产。由于炭黑本身不溶于任何溶剂且官能团含量很少，利用测定普通有机化合物官能团的方法并不完全适宜。同时，由于炭黑具有易吸收水分和气体的特点，因此在测定炭黑表面官能团时，必须十分注意。
炭黑的表面官能团在混炼或硫化过程中，与聚合物发生化学反应，增加结合胶。结合胶量的多少可以作为衡量炭黑表面活性的指标。炭黑的醌基对胶料的硫化特性及硫化胶的老化特性有一定影响。
炭黑的表面性质是十分复杂的。通常用炭黑组成的氢含量、氧含量、挥发分、pH值或酸度及表面官能团等表征它的表面性质。总起来说，炭黑的表面性质影响着炭黑的四种极为重要的作用：即补强作用（当然不能忽视补强的物理作用）、离子交换作用、吸附作用和催化作用。后三种作用在以后还要进一步叙述。炭黑的表面性质是如此重要，以致在目前形成了炭黑研究中的一个独立分支——炭黑的表面（化学）性质。