（3）炭黑表面的含氧基团
含氧基团有羟基、羧基、酯基及醌基。这些基团含量对炭黑水悬浮液的PH值有重要作用，含量高，PH值小，反之亦然。例如槽法炭黑水悬浮液的PH值在2.9~5.5间，炉法炭黑PH值一般在7~10间。
酸性弱酸性水解后呈酸性
炭黑的表面基团具有一定的反应性，可以产生氧化反应、取代反应、还原反应、离子交换反应、接枝反应等，是炭黑表面改性的基础。
四．炭黑的其它性质
1．炭黑的光学性质
炭黑着色强度是炭黑混入白色颜料后反射力降低的程度。它是炭黑的重要光学性质，并与炭黑的粒径、结构等因素有关。炭黑粒径小，着色强度高；炭黑结构高，着色强度低。着色强度是测定橡胶用炭黑光学性质的标准方法，常用于研究新工艺炭黑的光学性质及质量控制。 2．炭黑的密度
炭黑密度是指单位体积炭黑的质量，有真密度和视密度之分，单位为g/cm3或kg/m3。炭黑的倾注密度，大多数品种在0.3~0.5g/cm3（或300~500kg/m3）之间，它对炭黑的加工及贮运有实际意义。 3．导电性
炭黑是一种半导体材料，常用电导率或电阻率表示它的电性能。炭黑的导电性与其微观结构、粒子大小、结构、表面性质等密切相关。
一般来说，粒子越小，结构度越高，导电性能越好。高结构炭黑较正常结构或低结构炭黑具有更好的导电性。炭黑表面粗糙度，即孔隙性也影响炭黑的导电性。表面粗糙多孔的炭黑其导电性增
加。
§3-4炭黑的结合橡胶及包容胶
一．结合胶
（一）结合橡胶的概念及测试方法
结合橡胶也称为炭黑凝胶（bound-rubber），是指炭黑混炼胶中不能被它的良溶剂溶解的那部分橡胶。结合橡胶实质上是填料表面上吸附的橡胶，也就是填料与橡胶间的界面层中的橡胶。通常采用结合橡胶来衡量炭黑和橡胶之间相互作用力的大小，结合橡胶多则补强性高，所以结合橡胶是衡量炭黑补强能力的标尺。
核磁共振研究已证实，炭黑结合胶层的厚度大约为5.0nm，紧靠炭黑表面一层的厚度约为0.5nm左右，这部分是玻璃态的。在靠近橡胶母体这一面的呈亚玻璃态，厚度大约为4.5nm。
结合橡胶量虽然很重要，但测试方法及表示方法并不统一。
（3-4） （3-5）
（二）结合胶的生成原因
结合胶的生成有两个原因：
一是吸附在炭黑表面上的橡胶分子链与炭黑的表面基团结合，或者橡胶在加工过程中经过混炼和硫化产生大量橡胶自由基或离子与炭黑结合，发生化学吸附，这是生成结合胶的主要原因。
其二是橡胶大分子链在炭黑粒子表面上的那些大于溶解力的物理吸附，要同时解脱所有被炭黑吸附的大分子链并不是很容易的，只要有一、两个被吸附的链节没有除掉，就有可能使整个分子链成为结合胶。
（三）影响结合橡胶的因素
结合橡胶是由于炭黑表面对橡胶的吸附产生的，所以任何影响这种吸附的因素均会影响结合橡胶的生成量，其主要影响因素如下。
1．炭黑比表面积的影响
结合胶几乎与炭黑的比表面积成正比增加。随着炭黑比表面积的增大，吸附表面积增大，吸附量增加，即结合橡胶增加。
2．混炼薄通次数的影响
天然橡胶是一种很容易产生氧化降解的物质，那些只有一两点吸附的大分子链的自由链部分可能存在于玻璃态层及亚玻璃态层外面。这部分橡胶分子链薄通时同样会产生力学断链及氧化断链。这种断链可能切断了与吸附点的连接，这样就会使结合胶量下降。
50份炭黑填充的氯丁橡胶、丁苯橡胶和丁基橡胶随薄通次数的变化如下：氯丁橡胶、丁苯橡胶结合胶随薄通次数增加而增加，大约到30次后趋于平衡。而丁基橡胶一开始就下降，也是约30次后趋于平衡。丁基橡胶下降的原因类似于天然橡胶。
3．温度的影响
将混炼好的式样放在不同温度下保持一定时间后测结合胶量。随处理温度升高，即吸附温度提高，结合胶量提高，这种现象和一般吸附规律一致。
与上述现象相反，混炼温度对结合胶的影响却是混炼温度越高则结合胶越少。这可能是因为温度升高，橡胶变得柔软而不易被机械力破坏断链形成大分子自由基，炭黑在这样柔软的橡胶环境中也不易产生断链形成自由基，因此在高温炼胶时由于这种作用形成的结合胶会比低温下炼胶的少。
4．橡胶性质的影响
结合胶量与橡胶的不饱和度和分子量有关，不饱和度高，分子量大的橡胶，生成的结合胶多。
表3-5橡胶分子量对结合胶的影响（HAF炭黑）
SBR分子量Mt 2000 13400 300000
Mt/M2000 1 6.7 150
结合胶（mg/g） 结合胶比率（以Mv=2000的为1）
45.7 60.9 145.0
1 1.3 3.2
5．陈化时间的影响
试验表明，混炼后随停放时间增加，结合胶量增加，大约一周后趋于平衡。因为固体炭黑对固体橡胶大分子的吸附不象固体填料对气体或小分子吸附那么容易。另外化学吸附部分较慢，也需要一定时间。
二．包容橡胶
（一）包容胶的意义
包容胶（吸留胶）是在炭黑聚集体链枝状结构中屏蔽（包藏）的那部分橡胶。C形代表炭黑聚集体的刚性体；交叉线代表橡胶；屏蔽在C形窝中的橡胶为包容胶，它的数量由炭黑的结构决定，结构高，包容胶多。包容胶的活动性受到极大的限制，所以在一些问题的处理中常把它看成是炭黑的一部分，当然这种看法不够准确。当剪切力增大或温度升高时这部分橡胶还有一定的橡胶大分子的活动性。
（二）包容胶量的计算
Medalia根据炭黑聚集体的电镜观测、模型、计算等大量研究工作提出下列经验公式：
φ′=φ(1+0.02139DBP)/1.46（3-6）
所以DBP吸油值越高，也就是炭黑聚集体结构度越高，即聚集体枝杈越发达，则包容胶越多。
§3-5炭黑对橡胶加工性能的影响
炭黑的粒径、结构和表面性质等性能对橡胶的加工性能有重要的影响，表现在混炼、压延、压
出和硫化各工艺过程中及混炼胶的流变性能上。
一.炭黑性质对混炼的影响
炭黑的粒径、结构和表面性质对混炼过程和混炼胶性质均有影响。 1．炭黑性质对混炼吃料及分散的影响
炭黑的粒径越细混炼越困难，吃料慢，耗能高，生热高，分散越困难。这主要是因为粒径小，比表面积大，需要湿润的面积大。
炭黑结构对分散的影响也很明显。高结构比低结构吃料慢，但分散快。这是因为结构高，其中空隙体积比较大，排除其中的空气需要较多的时间，而一旦吃入后，结构高的炭黑易分散开。
2．炭黑性质对混炼胶粘度的影响
混炼胶的粘流性在加工过程中十分重要。一般炭黑粒子越细、结构度越高、填充量越大、表面活性越高，则混炼胶粘度越高，流动性越差。
结构及用量对胶料粘度的影响可用Einstein-Guth公式估算。
（3-8）
后来Guth-Gold对炭黑填充橡胶的粘度又修改如下：
（3-9）
式（3-9）对于MT炭黑，值小于0.3条件下适应性好，对补强性炭黑不适用。若将包容胶体积分数包括到炭黑聚集体中，即将式（3-9）中的用式（3-7）中的′代替，所计算的胶料粘度才比较接近实测值。
炭黑粒径越小，填充量越高，混炼胶的粘度越高，结合胶量也越多；炭黑的结构度越高，包容胶量越多，炭黑的有效填充体积分数增大，混炼胶粘度也提高。
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