Sustancia en polvo negro formada por la combustión incompleta o pirólisis de hidrocarburos en fase gaseosa bajo condiciones de proceso estrictamente controladas. Su composición es principalmente carbono elemental y contiene una pequeña cantidad de oxígeno, hidrógeno y azufre. Las partículas de negro de humo son casi esféricas, de entre 10 y 500 μm. Muchas partículas se fusionan o aglomeran en agregados fibrosos o dendríticos unidos tridimensionales. En el procesamiento del caucho, se agrega al caucho como agente de refuerzo y relleno mediante mezcla. El negro de carbón es uno de los productos industriales más antiguos.
Propiedades físicas y químicas del negro de humo.
Las diferencias entre los distintos negros de carbón se encuentran principalmente en el área de superficie (o tamaño de partícula), la morfología de los agregados, la distribución de masa de partículas y agregados y la composición química.
Área de superficie
Una de las propiedades importantes que se utilizan para identificar y clasificar los negros de humo con nombre. El área superficial se mide mediante adsorción en fase gaseosa o líquida. El método de determinación más clásico es el método de adsorción de nitrógeno a baja temperatura (es decir, método BET). Dado que las moléculas de nitrógeno son relativamente pequeñas y pueden entrar en los microporos del negro de humo, los resultados medidos con este método caracterizan la superficie total del negro de humo. En los últimos años, el éxito de la investigación del método de adsorción de macromoléculas (como CTAB), debido a que las macromoléculas no pueden ingresar al microporoso, los resultados caracterizan el área de la superficie externa del negro de carbón, el área de la superficie "lisa". La mayoría de los negros de humo de caucho no son porosos, por lo que los resultados de BET y CTAB son consistentes. Para algunos negros de humo pigmentados, la diferencia entre las dos mediciones de área superficial caracteriza la rugosidad o porosidad del negro de humo. Otro método de medición, el método de absorción de yodo, también se utiliza ampliamente en el control de producción y clasificación de productos, y se caracteriza por su simplicidad y rapidez. Aún así, los resultados se ven afectados por el grado de oxidación en la superficie del negro de humo.
Estructura
La segunda propiedad importante del negro de humo. La estructura del negro de humo depende del tamaño y forma de los agregados, así como del número de partículas y la masa promedio de cada agregado. Todas estas propiedades afectan el estado de apilamiento de los agregados y el volumen de huecos del polvo. Generalmente, la estructura del negro de humo se expresa en términos de valor de absorción de aceite DBP (ftalato de dibutilo). El valor DBP del negro de humo después de una compresión cuatro veces inferior a 170 MPa se denomina habitualmente valor de absorción de aceite de compresión o valor 24M4DBP. El valor de absorción de aceite de compresión refleja verdaderamente el estado de los agregados de negro de carbón en el caucho.
Aplicaciones industriales del negro de carbón
Se utiliza principalmente como agente de refuerzo y relleno para caucho, y su consumo es aproximadamente la mitad que el del caucho. El negro de humo para caucho representa 94% del negro de humo total, del cual aproximadamente 60% se utiliza en la fabricación de neumáticos. También se utiliza como colorante para tintas, pinturas y plásticos y como agente protector UV para productos plásticos. También es un aditivo importante en muchos otros productos, como electrodos, pilas secas, resistencias, explosivos, cosméticos y cremas para pulir.
El negro de humo se utiliza principalmente en productos de caucho. Cuanto más finas sean las partículas del negro de humo, mayores serán sus propiedades de refuerzo; cuanto mayor sea el grado estructural del negro de humo, mayores serán su módulo y tensión de tracción constante. Las variedades de refuerzo de tamaño de partículas finas se utilizan principalmente en la banda de rodadura de los neumáticos, lo que les confiere una excelente resistencia al desgaste. Para otras partes del neumático, como las paredes laterales, la capa de cordón, la capa de amortiguación del cinturón y el revestimiento interior, se requiere que el caucho resista el agrietamiento por flexión, la oxidación por ozono, buena resiliencia y bajas propiedades térmicas; generalmente se usa un tamaño de partícula más grueso de el tipo semicompensatorio (superficie específica inferior a 40 m2/g) negro de horno.
El pigmento con ranura negra se usa ampliamente en tintas, recubrimientos y plásticos. La tinta, especialmente la tinta para periódicos, se utiliza principalmente en el negro de ranura de pigmento. En la fabricación de pintura, los negros ranurados con alto contenido de pigmento brindan la negrura y el brillo de los acabados automotrices de alta calidad, mientras que los negros ranurados con pigmento medio se utilizan en recubrimientos industriales en general. Además, los negros de canal de pigmentación media también se utilizan comúnmente como agentes protectores de la luz ultravioleta para poliolefinas y se utilizan para mejorar la resistencia a la intemperie de los productos plásticos. El caucho negro con ranura se utiliza principalmente en neumáticos, especialmente en la banda de rodadura de neumáticos todoterreno y de ingeniería, lo que le da a la banda de rodadura una alta resistencia y buena resistencia al desgaste.
El negro agrietado en caliente se utiliza principalmente para productos de caucho. Debido al tamaño grueso de las partículas y al bajo rendimiento del refuerzo, sólo se utiliza para ocasiones de incremento máximo de relleno, como en la fabricación de tapetes de caucho, mangueras, productos de esponja, sellos, revestimientos de neumáticos, caucho para talones, productos aislantes, etc.
