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炭黑表面官能团是什么?

2020-08-04 10:08:07

(1) 碳-氧表面基团

在炭黑粒子表面上,生成的含氧基团是最重要的表而基团,它影响着炭黑的理化性能,如湿润性、催化活性以及电化学性能。这些含氧基团分为酸性氧化物、碱性氧化物和中性氧化物二类。当碳与氧在温度达400°C时处理或者在室温碳与氧化溶液接触,则生成酸性氧化物。这些表面基团的热稳定性较差,在300-800T的情性气氛中或其 空条件下热处理时便会分解,析出二氧化碳和水蒸气这些酸性表面基团主要为段基、酚羟基、醍基、内酯基或一氧化碳凝结层,酸性主要来源于氧基。炭黑在氧气中表而成为极性。

当炭黑在1000°C的情性气氛或其空中热处理时,释放岀所有表面复合物,之后冷却至室温,并与氧气接触,此时产生碱性表面氧化物。 加坦和威斯认为其碱性氧化物为毗喃酮型结构, 它们是些弱碱,能生成盐类,生成的盐可水解。里文的研究证实,在酸存在下氧化处理过的炭黑表面上存在着阳离子表面点。说明炭黑表面的键合氧可产生正电荷,当然也不排除存在碳-氧键,如酯氧键合的可能,这部分氧在功能也可能参与生成石墨层上的碱性基团。

中性表面氧化物是由产在碳表面上的不饱和区(烯类)X寸氧的不可逆吸附而形成的。氧原了组成—c—C--O—0—C键,在真空热处理时.分解成CO中性表面氧化物比酸性表面氧化物更为稳定。

(2)碳-氢表而基团

氢是以化学吸附水、部分羟基、酚基的方式存在于炭黑中,此外,也有少量的氧原子直接键合在碳原子上,构成C-H键。 元素分析炭黑中氢含量在0. 01^-0. 7% (质量分数)范围内.炉法炭黑中,氢含量有随炭黑比表面积降低而增加的趋势。炭黑中的氫集中分布在碳的表面上,仅有少量位于碳的晶格内。

与碳-氧表而复合物相比,碳-氯复合物更为稳定,在惰性气氛或真空中高温热处理时,逸出水和元素氢。当温度约700P时有少量的氢被解吸。在1000〜12001,大量的氧开始解吸。然而,即使在1200T时, 仍然有一定比例的化学吸附氢滞留在炭黑内,直至1600°C时,最后残留的吸附氢才会被排出。

(3)其他化学官能团

除氧和氧以外,炭黑中也存在其他元素与碳形成官能团。这些元素有的是炭黑原料如油和气带入的,有的则是炭黑后处理时形成的。

硫在炭黑中的含量可达1%,并以多种形式存在,如元素硫、无机硫酸盐和有机疏合物。元素硫约占硫含量的10%.在橡胶应用中,它有助于胶料硫化时的交联.化学吸附硫以碳-硫表面复合物的形式出现,热稳定性较高,当用强回流或在真空或惰性气体中加热也不会分解。但是,当在500~700°C热处理时,可完全解吸。

正常生产的炭黑中不含卤族元素,碳-卤素表面复合物是在使用卤族化合物处理炭黑时生成的。例如,在气相或水相用卤素或卤素化合物处理炭黑,形成稳定的碳-卤素表面复合物。吸附量取决于碳表面特性、氧和氢含量、实验条件以及卤族化合物种类.卤素对碳的反应性 按氯 >溴> 碘的顺序降低,相应的碳-卤素表面复合物的稳定性亦按相同的次序而变化。但总的来说,碳-卤素表面复合物的稳定性较髙,如果碳没有残余的氢,即使在高达1000°C真空下热处理也无法解吸,但是当用氨气或碱处理时部分卤素被置换岀来。