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炭黑(CarbonBlack)是指碳氫化合物在苛刻條件下燃燒不完全或經熱解而形成的黑色粉末狀物質,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、印刷等領域應用十分廣泛。其中在輪胎領域炭黑應用最為廣泛,占炭黑應用領域的66.7%。但是炭黑粒子由于其表面極少有極性基團,導致其表面呈現(xiàn)惰性,因此在添加到基材作為補強材料時,會存在與基材相容性差、粒子分散性差等缺點,嚴重限制了炭黑粒子的應用,因此炭黑在應用時進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,增強炭黑粒子表面活性從而改善粒子分散性以及相容性,拓寬炭黑的應用領域范圍。同時通過炭黑表面改性還可以賦予其新的功能和性能,滿足不同領域對炭黑材料的需求。

目前工業(yè)生產炭黑的方法主要是爐法生產,但是通過這種方法生產出來的產品表面有很多非極性的基團,極少有極性基團,而且pH值一般也在堿性范圍內,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數(shù)量,才能改善這種問題。才可使微粒在水系內的分散性增強,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。凡對物質施加能量后?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的炭黑表面處理方法,作為物質第四態(tài)的等離子體,其內蘊含了龐大的能量。利用等離子能量高、活性大的特點,在炭黑表面引入新的極性基團,從而對其進行改性。

等離子體改性技術廣泛地應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)勢有一下幾點：（1）反應只發(fā)生在炭黑表面，不影響炭黑的內部結構；（2）可以使用各種不同的等離子以產生不同的改性；（3）等離子體處理炭黑的反應時間短，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。

等離子處理炭黑會使炭黑表面石墨微晶的C-C鍵、C-O鍵以及其他官能團發(fā)生斷裂，從而形成具有高活性的反應點，能夠與橡膠等聚合物發(fā)生吸附等物理化學作用，從而提高了炭黑與聚合物基體間的相互作用，復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炭黑粒子表面進行調控,可以引入合適基團,以此來滿足各個領域對炭黑粒子的不同需求。同時該方法綠色環(huán)保,效率高,發(fā)展?jié)摿薮?是炭黑表面改性的不二選擇。