黑色顏料雖然也有幾類不同的品種，如炭黑、石墨、氧化鐵黑、鋼黑、鉻黑、蘇木黑、苯胺黑等，但不論其廣泛性還是實用性，炭黑是這些類中的主角。

       炭黑主要用于橡膠工業(yè)中作為橡膠的補強劑，一般約消耗整個炭黑產量的95％左右。其次是油墨工業(yè)，約占4％。其它如涂料等工業(yè)則應用甚少，其總消耗量僅占1 ％左右。

       這里主要討淪與油墨、涂料工業(yè)有關的炭黑、苯胺黑及氧化鐵黑。

    一、  炭    黑

        炭黑是個一般通稱，它是指在一定的控制條件(如空氣不足等)下，經部分燃燒或熱裂解碳氫液體或氣體(包括固體)而得的粉末狀黑色顏料。

炭黑一般可分為燈黑，乙炔黑，爐黑，槽黑(接觸黑)和熱裂解黑。

油墨、涂料用炭黑亦稱色素炭黑或著色炭黑。

        由于原材料、生產設備，操作條件等的不同，所以，得到的炭黑的性質也就各異。主要表現(xiàn)在顆粒尺寸、表面積(與顆粒大小有關，如炭顆粒的疏松性等)、網(wǎng)狀結構(形成鏈和葡萄狀群集的傾向)以及表面化學性質(顏料顆粒表面揮發(fā)物的組成及數(shù)量)等等方面。

       （一）、組成特性

炭黑的組成主要是碳。

    炭黑的物理與化學性質上的差別，主要與碳的純度形式(如金剛石型，石墨型)有關。顆粒小(從100－5000^)是炭黑的一個重要特性。表面積可以從6～1100米²／克。炭含量可從83—99％。除了炭以外，炭黑中常含有較多的氫和氧(有的氧化炭黑中的氧含量可高達15％左右。炭黑的結構差別也隨制造條件等的不同而有很大的差異。

五種主要炭黑的特性斂據(jù)見下表：

 1．炭黑的晶態(tài)。炭黑一般顯示出在石墨晶體和無定形炭之間的中間態(tài)晶性。炭黑是次晶體炭(也常稱為微結晶炭)，所謂次晶體的意義就是，炭黑微粒在小區(qū)域內具有晶體結構，但各晶體不按正規(guī)的平面對齊，它們之間各自有偏移。

        電子顯微鏡研究表明，扶黑原始聚集中的層平面定向作用，在性質上比之小團的單個雛晶來是屬于仲晶型(Paracrystalline)。由于這些原始的聚集，才使它呈現(xiàn)出扭彎形石墨層的連續(xù)網(wǎng)狀，它也表現(xiàn)出像石墨一樣的內層空間，但是沒有任何單個的晶形單元，層之間也顯示出巨大的彎曲性。

        石墨是碳元素的穩(wěn)定晶型，其它的兩種就是金剛石和炭。金剛石屬間穩(wěn)定型，有一個面心立方結構，故質地堅硬。石墨和炭黑的結構則比較復雜，它們的晶型均是稠C₆環(huán)的平行(面)層。正常的石墨結構的平面層距為3．3538 A^，其碳原子從不疊在其它鄰近平面的上邊。而炭黑的平面層距則為3．44 A^，且大多彼此錯綜相疊。

        石墨一般屬于六方晶系，但有時在機械處理(如研磨)后，部分可轉變成菱型晶系。

        石墨一般是有規(guī)則的ABA型堆積，而炭黑的平面層是圍繞其垂直線成不規(guī)則定向堆積的，大多是葉輪式層積(Turbostratic)結構的形式。

        根據(jù)對炭黑進行X線衍射分析后得到的微型結構，可假設顆粒中的雛晶彼此是以單平面或組織比較差的碳相連接的，一般認為雛晶的層平面是與表面平行的。

        2．炭黑的顆粒尺寸。炭黑的顆粒(原生微粒)大小不都是一樣的，但它們的形狀基本上是球狀體。除了熱裂解炭黑可看到是單個球形組成外，大多是以聚集或熔融的基本顆粒狀態(tài)存在的。

        一般說炭黑的顆粒直徑為200 A^時，約含l000個結晶。

        電子顯微鏡，氮吸收法，碘吸收法等均可用來測定炭黑的顆粒尺寸。

        炭黑的平均顆粒為100 A^(例如高價的槽法色素炭黑)至5000 A^(例如低價的熱裂解炭黑)之間。

        炭黑的顆粒大小與著色力指數(shù)和黑度指數(shù)的關系是：炭黑的顆粒越小則黑度越好，著色力也越高。

        在同一類中，細顆粒的炭黑色相偏向棕色，大顆粒的炭黑色相偏向藍色。

        顆粒尺寸低于200 A^時，著色力慢慢變小而黑度指數(shù)卻很快上升。在200 A^處的著色力可以認為是在白顏料和小顆粒炭黑之間增加了顆粒尺寸差別的緣故。小顆粒的炭黑被大顆粒的白顏料遮住了。

這說明黑度指數(shù)雖與著色力有關，但在一定的顆粒情況下卻又不對應。試驗表明兩種顆粒大小不同的炭黑拼混在一起時，小顆粒炭黑達到40％的情況下，黑度才見上升。而低于此數(shù)時，黑度并不見效。

一般說，顆粒尺寸減小，則表面積增加。此表面積與黑度的關系是以大顆粒炭黑配制的分散體，其觸變傾向較小。

      3．炭黑的結構。所謂結構這個術語，是用以敘述炭黑形成不同的鏈和葡萄狀聚集的傾向的。這種結構力來自顆粒間的弱物理吸引以至化學鍵合。

        炭黑的結構水平是通過它的吸油量測定來得到的。也可以從比容的可壓縮性能或電子顯微鏡的比率來得到。

        由于根據(jù)電子顯微鏡觀察，知道了一些特性，有些炭黑就可被定為標準結構，  并確定其結構指數(shù)為100。炭黑的結構指數(shù)值與吸油量值，就可根據(jù)這個標準計算出來了。

        大部分吸油量的測定還是采用古得瑞奇(Goodrich)法，近年來巳應用DBP(苯二甲酸二丁酯)自動吸收儀了。

        從高結構炭黑和低結構炭黑的電子顯微圖，可見高結構炭黑具有比較多而大的鏈狀聚集體，低結構炭黑則不然，比較分散。

        雖然與黑度關系最大的因素是炭黑的顆粒尺寸，但次要因素卻是它的結構指數(shù)。當顆粒尺寸不變時，由于隨著結構的增大而使炭黑的表面積減少，黑度的降

低就與此點有關。

        炭黑的結構增大(高)，則粘度增加。在炭黑的顆粒尺寸和揮發(fā)物相等的情況下，其結構增大，則粘度隨之上升。

        結構增大則印品的蹭臟性能亦增強，這就是說顆粒大的炭黑蹭臟性能比較小。 

        下表指出了低結構炭黑與高結構炭黑的一些應用性能方面的差別。

        4．炭黑的表面化學。油墨工業(yè)一般采用(1)含氧量低，pH值呈中性的爐黑以及(2)揮發(fā)水平高，pH值呈酸性的槽黑。后者歷來是在高溫的空氣中氧化的，這不僅能使表面增加化學結合氧，也可使表面增加坑凹。氧化炭黑也叫活性炭黑。

        炭黑的每平方米表面積上有10×10^－5克以上的氧時(以氮吸收－BET法測定)，一般稱為高氧化炭黑。

        經過氧化而無多孔性表面的爐黑，是在比較低的溫度下用化學法氧化而成的。除了沒有多孔性以外，它的揮發(fā)物也不同(具有較多的羧基團，比熱氧化的酸性大)。

        炭黑的表面除了氧以外，尚有氫、醌、氫醌、羧酸、硫、氮等基團。炭黑的這些表面揮發(fā)物影響著它在各種聚合物中的流變性、潤濕性以及粘附性能等等。

        從化學氧化法生產的炭黑的流動性和揮發(fā)分的百分含量之間的關系，可以看出，流動隨三種情況而發(fā)生：表面揮發(fā)分在3．5％或3 ×10^－4克／平方米時，不會有任何流動性發(fā)生。當每克炭黑的120平方米的表面上揮發(fā)物達到4％(這代表總表面的約70)時，就開始流動。隨著揮發(fā)分增加到6％(即代表100％表面)，流動性就迅速升高。

        表面惰性的炭黑對聚合物相的粘附力是比較差的。這種類型的炭黑在連結料體系中并不能使流動增加，顏色表現(xiàn)力差，油墨具有觸變性，不穩(wěn)定。而具有表面活性的炭黑對聚合物相的粘附力就增大了。這種炭黑在油墨體系中具有良好的潤濕性和牢固的結合力，從而具有著色力強、流動性好的特點。

        炭黑的這些不同的特性均會影響到它的最后的應用性能。

        炭黑的品種甚多，規(guī)格亦各異，為了簡化，在油墨工業(yè)中一般把它們分成四類：

        (1)溶劑油墨(柔性凸版和凹版油墨)用炭黑。

        (2)色素(長流動)炭黑。

        (3)專用炭黑。

        (4)在油墨中作為填料用的炭黑。

        在第(1)類中，由于溶劑型油墨是液體混合物，所以粘度要低、顏料含量不能高。印刷的墨膜比較厚，結構很像磁漆。對吸油量及連結料的要求，并不像在鉛印墨和膠印墨中那樣嚴格。也并不強調炭黑的流動性能。故選擇范圍比較廣。  用于膠印和鉛印油墨中的色素炭黑則要求有比較高的著色力和黑度、吸油量低而流動度好。用于這類油墨中的炭黑還有一個吸附干燥劑的問題，而采用低結構的產品，它的吸附能力就比較小，這是由于炭黑的疏松度降低和表面積低的結果。這就是說，使用低結構炭黑配制的油墨，相對說它只需要比較少的干燥劑和藍色附加劑就可以了。   

        所謂專用炭黑，主要是指印報用的新聞油墨用炭黑。因為它可占全部油墨用炭黑的70％，故消耗量是高的，但質量要求并不高，一般是分散性好的低色素類普通爐炭黑。用這類炭黑配制的油墨具有比較高的相對粘度，這樣，對大多數(shù)疏松的新聞紙來說，滲透性就比較小，印刷效果就較好。其它特種用途的炭黑包

括中等結構的電阻油墨用炭黑，以及電導油墨用的高結構，中色素爐炭黑。

        填料炭黑中包括顆粒比較粗、顏色比較差的爐炭黑。它們價賤、吸油量低，顆粒大小一般在500—700 A^之間。因為配方中的一些主要特性都是由高質量的炭黑所決定的，這種低旋量的炭黑在配方中儀起填料的作用，故名。