Substance pulvérulente noire formée par la combustion incomplète ou la pyrolyse d'hydrocarbures en phase gazeuse dans des conditions de traitement strictement contrôlées. Sa composition est principalement constituée de carbone élémentaire et contient une petite quantité d’oxygène, d’hydrogène et de soufre. Les particules de noir de carbone sont presque sphériques, entre 10 et 500 μm. De nombreuses particules sont fusionnées ou agglomérées en agrégats dendritiques ou fibreux liés tridimensionnels. Dans le traitement du caoutchouc, il est ajouté au caoutchouc comme agent de renforcement et de charge par mélange. Le noir de carbone est l'un des produits industriels les plus anciens.
Propriétés physiques et chimiques du noir de carbone
Les différences entre les différents noirs de carbone résident principalement dans la surface (ou la taille des particules), la morphologie des agrégats, la distribution massique des particules et des agrégats et la composition chimique.
Superficie
Une des propriétés importantes utilisées pour identifier et classer les noirs de carbone nommés. La surface est mesurée par adsorption en phase gazeuse ou liquide. La méthode de détermination la plus classique est la méthode d'adsorption d'azote à basse température (c'est-à-dire la méthode BET). Étant donné que les molécules d'azote sont relativement petites et peuvent pénétrer dans les micropores du noir de carbone, les résultats mesurés par cette méthode caractérisent la surface totale du noir de carbone. Ces dernières années, le succès de la recherche sur la méthode d'adsorption de macromolécules (telle que CTAB), parce que les macromolécules ne peuvent pas pénétrer dans les microporeux, les résultats caractérisent la surface externe du noir de carbone, la surface « lisse ». La plupart des noirs de carbone du caoutchouc sont non poreux, les résultats de BET et CTAB sont donc cohérents. Pour certains noirs de carbone pigmentés, la différence entre les deux mesures de surface caractérise la rugosité ou la porosité du noir de carbone. Une autre méthode de mesure – la méthode d’absorption de l’iode – est également largement utilisée dans le contrôle de la production et la classification des produits, caractérisée par sa simplicité et sa rapidité. Néanmoins, les résultats sont affectés par le degré d’oxydation à la surface du noir de carbone.
Structure
La deuxième propriété importante du noir de carbone. La structure du noir de carbone dépend de la taille et de la forme des agrégats, ainsi que du nombre de particules et de la masse moyenne de chaque agrégat. Toutes ces propriétés affectent l'état d'empilement des agrégats et le volume vide de la poudre. Habituellement, la structure du noir de carbone est exprimée en termes de valeur d’absorption d’huile DBP (phtalate de dibutyle). La valeur DBP du noir de carbone après compression sous 170 MPa quatre fois est habituellement appelée valeur d'absorption d'huile de compression ou valeur 24M4DBP. La valeur d'absorption de l'huile de compression reflète fidèlement l'état des agrégats de noir de carbone dans le caoutchouc.
Applications industrielles du noir de carbone
Il est principalement utilisé comme agent de renforcement et de charge pour le caoutchouc, et sa consommation est environ la moitié de celle du caoutchouc. Le noir de carbone destiné au caoutchouc représente 941 TP3T du noir de carbone total, dont environ 601 TP3T sont utilisés dans la fabrication des pneus. Il est également utilisé comme agent colorant pour les encres, les peintures et les plastiques et comme agent de protection contre les UV pour les produits en plastique. C'est également un additif important dans de nombreux autres produits, tels que les électrodes, les piles sèches, les résistances, les explosifs, les cosmétiques et les crèmes de polissage.
Le noir de carbone est principalement utilisé dans les produits en caoutchouc. Plus la taille des particules de noir de carbone est fine, plus ses propriétés de renforcement sont supérieures ; plus le degré structurel du noir de carbone est élevé, plus sa contrainte de traction et son module constants sont élevés. Les variétés de renforcement à fines particules sont principalement utilisées dans la bande de roulement des pneus, ce qui confère aux pneus une excellente résistance à l'usure. Pour d'autres parties du pneu, telles que les flancs, la nappe de corde, la couche d'amortissement de la ceinture et la doublure intérieure, le caoutchouc doit résister à la fissuration par flexion, à l'oxydation par l'ozone, avoir une bonne résilience et de faibles propriétés thermiques. Il est généralement utilisé une granulométrie plus épaisse de le noir de fourneau de type semi-compensatoire (surface spécifique inférieure à 40 m2/g).
Le pigment noir rainuré est largement utilisé dans les encres, les revêtements et les plastiques. L'encre, en particulier l'encre d'actualité, est principalement utilisée dans la fente pigmentée noire. Dans la fabrication de peintures, les noirs à pigments élevés confèrent la noirceur et la brillance des finitions automobiles de haute qualité, tandis que les noirs à pigments moyens sont utilisés dans les revêtements industriels généraux. De plus, les noirs de canal à pigmentation moyenne sont également couramment utilisés comme agents de protection contre la lumière ultraviolette pour les polyoléfines et sont utilisés pour améliorer la résistance aux intempéries des produits en plastique. Le noir à rainure en caoutchouc est principalement utilisé dans les pneus, en particulier dans le caoutchouc de la bande de roulement des pneus tout-terrain et techniques, ce qui confère à la bande de roulement une résistance élevée et une bonne résistance à l'usure.
Le noir de fissure chaude est principalement utilisé pour les produits en caoutchouc. En raison de la taille des particules grossières et des mauvaises performances de renforcement, il n'est utilisé que pour les occasions incrémentielles de remplissage maximales, telles que dans la fabrication de tapis en caoutchouc, de tuyaux, de produits en éponge, de joints, de revêtements de pneus, de tringles en caoutchouc, de produits isolants, etc.
