카본 블랙이란 무엇일까요? 이 글에서는 카본 블랙에 대한 모든 정보를 알려드립니다.

카본 블랙이라고 하면 대부분 단순한 안료라고 생각할 수 있습니다. 하지만 카본 블랙은 필수적인 산업 원료이며, 우리 일상생활에서도 흔히 찾아볼 수 있습니다. 그렇다면 카본 블랙은 우리 삶과 어떤 밀접한 관련이 있을까요? 산업에서 카본 블랙은 어떤 역할을 할까요? 카본 블랙의 주요 용도는 무엇일까요?

다음으로, 편집자는 카본 블랙에 대한 10가지 핵심 사항을 다룰 것입니다.

카본 블랙이란 무엇인가.
그것의 역사적 발전 과정.
카본 블랙 산업의 성장.
카본 블랙은 어떻게 사용되는가?.
카본 블랙의 종류.
그것의 구조와 기능.
생산 과정.
해당 산업의 기회와 과제.
산업 발전.
카본 블랙 선택 방법 및 주요 적용 분야.

이를 통해 중요한 산업 원료인 카본 블랙을 이해하는 데 도움이 될 것입니다.

카본 블랙이란 무엇인가요?

카본 블랙은 비정질 탄소의 일종입니다. 가볍고 입자가 고운 검은색 분말 형태로, 냄비 바닥에 남는 재와 비슷합니다. 탄소가 풍부한 물질, 예를 들어 석탄, 천연가스, 중유, 연료유 등이 불완전 연소되거나 분해될 때 생성됩니다. 이러한 현상은 연소 과정에서 공기가 충분하지 않을 때 발생합니다.

카본 블랙은 주성분이 탄소이며, 인류가 개발, 적용, 생산해 온 가장 오래된 나노 소재 중 하나입니다. 기본 입자 크기는 10~100나노미터(nm)입니다. 고무 강화, 착색, 전도성 또는 정전기 방지, 자외선 차단 등 다양한 특성을 지니고 있습니다. 국제 화학 분야에서는 25대 기초 화학 제품 및 정밀 화학 제품 중 하나로 지정되어 있습니다. 카본 블랙 산업은 타이어 및 염색 산업에서 중요한 역할을 하며, 일상생활용품의 품질 향상에도 기여하고 있습니다.

카본 블랙의 역사적 발전

카본 블랙은 오늘날 우리가 알고 있는 최초의 주요 석유화학 제품 중 하나입니다. 고대에는 카본 블랙을 "타이(tái)", "그을음", "소나무 연기"라고 불렀습니다. "타이"라는 명칭은 19세기 말까지 사용되었으며, 1872년 카본 블랙 산업이 등장하면서 점차 "카본 블랙"이라는 용어로 대체되었습니다.

카본 블랙은 아주 오랜 역사를 가지고 있습니다. 기록에 따르면 중국은 세계에서 가장 먼저 카본 블랙을 생산한 나라 중 하나입니다. 고대에는 사람들이 동물과 식물에서 추출한 기름과 소나무 가지를 태웠습니다. 이때 발생하는 검은 재를 모아서 먹과 흑색 안료를 만들었습니다. 상나라 시대의 갑골문자에도 이 "그을음"이 먹으로 사용되었습니다. 우리나라의 고대 죽간에도 먹으로 글씨를 쓴 흔적이 있습니다.

카본 블랙이 중국 역사에 남긴 흔적

삼국시대에 조지는 "먹은 푸른 소나무 연기에서 나온다"고 기록했습니다. 금나라 시대에 이르러 소나무 연기와 흑색 탄화물을 이용한 수공예 생산이 상당히 보편화되었습니다. 남당 시대에 이르러 우리나라는 동유를 비롯한 동물성 및 식물성 기름을 사용하기 시작했습니다. 공기가 부족하면 기름이 완전히 연소되지 않아 흑색 탄화물이 생성되어 도자기 연기통 아래에 모여 고품질 흑색 탄화물이 만들어졌습니다. 송나라 시대의 조연위의 『운로만초』에는 최근 먹 제조공들이 물통을 사용했다는 기록이 있습니다.

그들은 물을 담고 가운데에 대야와 그릇을 놓았습니다. 그런 다음 동유를 태우고 그릇으로 덮었습니다. 특별한 사람이 성냥불을 쓸어 담고 소풀을 섞어 반죽했습니다. 이 방법은 매우 빠르고 간편하여 '기름 연기'라고 불렸습니다. 이것은 동유를 태워 먹물을 만드는 과정에 대한 설명입니다. 당시에는 기름 연기를 태워 먹물을 만드는 것을 전문으로 하는 공방이 있었음을 알 수 있습니다. 당시에는 생산성이 낮아 먹물 생산 효율이 떨어지고 매우 비쌌습니다. 소동파는 이를 시에서 이렇게 표현했습니다. "책의 창문에서 불씨를 줍고, 부처님의 천막에 남은 향기를 쓸어내리네." "천일야화 수고하여 한 뼘 옥을 얻었네."”

카본 블랙 산업의 부상

1821년, 북미에서 처음으로 천연가스를 원료로 사용하여 카본 블랙을 생산했습니다. 그 이후로 카본 블랙은 더 이상 단순히 "그을음"이라고만 할 수 없게 되었습니다.

1872년, 세계는 산업 규모의 카본 블랙 생산을 실현했고, 동시에 "카본 블랙"이라는 용어가 등장했습니다. 석유와 가스전이 잇따라 개발되면서 원료 공급이 안정적으로 이루어졌고, 카본 블랙 생산 방식은 수작업에서 대규모 산업 생산으로 전환되었습니다.

1904년, 영국 모트 연구소는 탄소흑색이 산화아연보다 고무 보강제로 더 효과적이라는 사실을 발견했습니다.

1912년, 미국의 굿이어 사는 최초로 카본 블랙을 타이어 보강재로 사용했습니다.

1900년대 초반에는 타이어가 대부분 흰색이나 빨간색이었고, 수명은 약 3,000km 정도였습니다. 그러다 카본 블랙이 등장하면서 모든 것이 바뀌었습니다. 이제 타이어는 60,000km 이상 주행할 수 있게 되었습니다! 카본 블랙은 타이어를 강화시켜 대량 생산을 크게 촉진시켰습니다.

구체적인 과정은 다음과 같이 간략하게 설명할 수 있습니다.

1. 카본 블랙 산업 초기에는 천연가스가 주요 원료로 사용되었습니다. 생산 방식은 주로 채널 공정이었으며, 설비는 크고 생산량은 적었습니다.

2. 1940년대의 용광로 탄소 블랙 생산 방식에는 유류 용광로법과 가스 용광로법이 포함됩니다. 이 생산 방식은 장비 사용량이 적고 생산량이 많지만, 채널 탄소 블랙만큼 품질이 높지는 않습니다.

3. 우리나라에서는 1950년대 푸순과 쓰촨성에서 채널 카본 블랙 생산을 시작했습니다. 그 후 1960년대에는 용광로 카본 블랙 생산을 시작했고, 1985년에는 톈진 카본 블랙 공장이 미국 컨티넨탈사의 15,000톤급 하드 라인 카본 블랙 설비를 도입했습니다. 이는 1980년대와 90년대에 걸쳐 이루어진 발전입니다. 이후 톈진 카본 블랙 공장, 푸순 화학 공장, 카본 블랙 연구소는 새로운 생산 라인을 도입하고 개선했습니다.

카본 블랙의 용도

고무 산업 분야에서의 응용

생산되는 모든 카본 블랙 중 90% 이상이 고무 산업에 사용됩니다. 카본 블랙은 주로 다양한 종류의 타이어에 사용되는데, 여기에는 자동차, 트랙터, 항공기, 자전거 타이어가 포함됩니다. 일반 자동차 타이어 하나에는 약 10kg의 카본 블랙이 필요합니다. 고무 산업에서 사용되는 카본 블랙의 대부분은 타이어 생산에 사용되며, 그 양은 75%를 넘습니다. 나머지는 테이프, 호스, 신발과 같은 다른 고무 제품에 사용됩니다. 고무 산업에서 카본 블랙 소비량은 전체 고무 사용량의 약 40~50%에 달합니다.

카본 블랙이 고무에 가장 많이 사용되는 이유는 무엇일까요?

카본 블랙이 고무에 다량 사용되는 이유는 탁월한 "강화" 능력 때문입니다. 카본 블랙의 "강화" 능력은 1914년 천연 고무에서 처음 발견되었으며, 현재는 합성 고무를 강화하는 데 더욱 중요한 역할을 하는 것으로 확인되었습니다. 타이어에 카본 블랙을 사용하면 마모 성능이 크게 향상됩니다. 30% 카본 블랙이 함유된 타이어는 48,000~64,000km까지 주행할 수 있는 반면, 동일한 양의 일반 충전재만 사용한 타이어는 4,800km밖에 주행하지 못합니다. 또한, 강화된 카본 블랙은 고무 제품의 물리적 및 기계적 특성을 향상시켜 인장 강도와 인열 강도를 높여줍니다.

천연 고무나 클로로프렌과 같은 결정성 고무에 카본 블랙을 첨가하면 가황 고무의 인장 강도를 1~1.7배 향상시킬 수 있습니다. 스티렌-부타디엔이나 니트릴 고무와 같은 비결정성 고무의 경우, 강도가 4~12배까지 증가할 수 있습니다.

고무 산업에서는 제품의 용도와 사용 환경에 따라 카본 블랙의 종류와 사용량을 선택해야 합니다. 타이어 트레드의 경우 내마모성이 최우선이므로 고강도 카본 블랙이 필요합니다. 초내마모성, 중초내마모성, 고내마모성 퍼니스 블랙 등이 있습니다. 또한, 트레드와 카커스 고무에는 히스테리시스 손실이 적고 발열량이 적은 카본 블랙을 사용해야 합니다.

잉크 산업 분야에서의 응용

카본 블랙은 검정 인쇄 잉크의 주원료입니다. 대부분의 현대 잉크는 고품질 안료 카본 블랙을 사용합니다. 고품질 카본 블랙으로 만든 인쇄 잉크는 선명한 필기감과 밝은 색상을 제공하며, 신문과 잡지의 인쇄 품질에 큰 영향을 미칩니다. 이는 결국 사람들의 문화생활과도 밀접하게 연결됩니다. 현대 잉크는 종류가 다양하고 용도도 폭넓습니다. 그중 신문용 잉크는 전체 잉크용 카본 블랙 중 약 70%를 차지합니다. 신문용 잉크에는 11~13%의 카본 블랙이 함유되어 있습니다. 신문 1톤을 인쇄하는 데 약 16kg의 신문용 잉크가 소비됩니다.

카본 블랙의 입자 크기 및 표면적과 같은 기본 특성은 잉크의 성능과 가공 방식에 큰 영향을 미칩니다.

잉크 산업은 몇 가지 핵심 요구 사항을 충족하기 위해 카본 블랙을 필요로 합니다.

검음
색조
유동성
점도
건조
요변성

사용 목적이 다양하기 때문에 잉크 종류에 따라 카본 블랙에 대한 요구 사항도 다릅니다.

도료 산업 분야에서의 응용

코팅은 우리가 흔히 페인트라고 부르는 것입니다. 카본 블랙은 화학 물질, 빛, 열에 대한 안정성이 뛰어나다는 점에서 다른 무기 흑색 안료나 유기 흑색 염료보다 우수합니다. 카본 블랙은 코팅에 사용되며, 낮은 반응성, 높은 흑색도, 우수한 내후성, 그리고 강력한 착색력을 자랑합니다. 고급 안료인 카본 블랙은 합성수지 페인트에 특히 적합하며, 자동차의 상도 코팅으로 사용됩니다. 또한 자전거, 재봉틀, 악기 등의 장식용 페인트로도 활용될 수 있습니다. 전도성 카본 블랙은 수용성 전기영동 코팅의 프라이머로도 사용될 수 있습니다.

플라스틱 산업 분야에서의 응용

카본 블랙은 주로 플라스틱의 착색제로 사용됩니다. 카본 블랙이 첨가된 플라스틱은 열에 의한 변형이 적고, 크기 변화도 적습니다. 또한 강성, 경도, 전기 전도성, 열 전도성, 내식성을 향상시킬 수 있습니다. 더욱 중요한 것은 방사선 차단, 자외선 차단 및 항산화 효과도 있다는 점입니다. 플라스틱에 첨가되는 카본 블랙의 양은 일반적으로 1~2.75%입니다.

기타 응용 프로그램

카본 블랙은 다양한 용도로 사용됩니다. 주요 용도 외에도 건전지와 전기 탄소 제품에 사용되며, 전기 및 전자 부품에도 중요한 역할을 합니다. 또한 경질 합금, 고순도 흑연, 인쇄 및 염색에도 사용됩니다. 뿐만 아니라 정전기 사진, 사진 필름, 화약에도 사용되며, 시멘트, 가죽, 윤활유, 주조, 농업 등 다양한 분야에서도 찾아볼 수 있습니다. 이러한 분야에서 카본 블랙의 사용량은 적지만, 그 역할은 매우 중요합니다.

카본 블랙의 분류

생산량에 따른 분류

주로 램프 블랙, 가스 블랙, 용광로 블랙, 채널 블랙으로 나뉩니다.

용도별 분류

카본 블랙은 용도에 따라 분류되는 경우가 많습니다.

안료 카본 블랙
고무 카본 블랙
전도성 카본 블랙
특수 카본 블랙

안료용 카본 블랙은 발색력에 따라 전 세계적으로 분류됩니다. 고발색 카본 블랙, 중발색 카본 블랙, 저발색 카본 블랙의 세 가지 유형이 있습니다. 이 분류는 세 개의 영문자를 사용하는데, 앞의 두 글자는 카본 블랙의 발색력을 나타내고, 마지막 글자는 제조 방식을 나타냅니다.

기능별 분류

주요 종류로는 강화 카본 블랙, 착색 카본 블랙, 전도성 카본 블랙 등이 있습니다.

모델별 분류

주로 N220, N330, N550, N660, N990, N110, N115, N234, N326, N339, N375, N539, N550, N880 등으로 나뉩니다.

일련번호	평균 입자 크기(나노미터)	다양성	약어
1	1-10
2	11-19	뛰어난 내마모성	SAF
3	20-25	중형 초내마모성	ISAF
4	26-30	내마모성이 매우 뛰어남	HAF
5	31-39	미세 입자	FF
6	40-48	빠른 압출	FFF
7	49-60	일반 목적	GPF
8	61-100	반강화	SRF
9	101-200	미세 입자 열분해	FT
10	201-500	중입자 열분해	MT

카본 블랙에 대한 국제 명명 표준:

과거에는 고무용 카본 블랙을 입자 크기로 분류했지만, 현재는 질소 표면적으로 분류합니다. 또한, 가황 속도와 카본 블랙 안료의 구조도 명명에 중요한 요소입니다. 카본 블랙은 4가지 시스템으로 분류되는데, 첫 글자는 고무 화합물의 가황 속도를 나타냅니다. N은 보통 속도, S는 저속을 의미합니다. 뒤의 세 자리는 아라비아 숫자로 표현됩니다. 첫 번째 숫자는 카본 블랙의 질소 표면적 범위를 나타내며 0에서 9까지의 값을 가집니다. 두 번째와 세 번째 숫자는 미국 재료시험학회(ASTM)의 D24.41 위원회에서 부여한 것으로, 카본 블랙의 구조적 정도를 나타냅니다. 이 숫자들은 어느 정도의 선택에 따라 구조가 높거나 낮은 정도를 대략적으로 반영합니다. 상대적으로 숫자가 클수록 구조가 더 견고합니다.

예시를 들어 설명하세요:

카본 블랙 N330은 내마모성이 뛰어난 용광로용 흑색제입니다. N330은 가장 널리 사용되는 고내마모성 용광로용 흑색제입니다. 이 제품의 내마모성은 초내마모성 시리즈 카본 블랙보다는 다소 낮지만, 채널 카본 블랙보다는 우수합니다. 타이어 트레드, 코드 고무, 사이드월 및 다양한 고무 산업 제품에 사용됩니다. 이 제품은 고무를 강화하는 카본 블랙으로, 인장 강도, 인열 강도, 내마모성 및 탄성을 향상시킵니다. 이 제품을 사용한 승용 타이어의 구름 손실은 N300 시리즈의 N351보다 크지만, 다른 종류보다는 작습니다. 고무 배합물에서 분산성 및 압출성이 우수하며, 합성 고무와 천연 고무 모두에 잘 적용됩니다.

카본 블랙의 구조와 기능

카본 블랙의 구조는 카본 블랙 입자가 사슬이나 포도송이 모양으로 응집되는 정도에 따라 표현됩니다. 구조가 높은 카본 블랙은 이러한 응집체로 이루어져 있으며, 이 응집체들은 크기, 모양, 그리고 함유된 입자의 개수가 다양합니다. 오일 흡수율은 구조를 나타내는 지표로 흔히 사용됩니다. 오일 흡수율이 높을수록 카본 블랙의 구조가 더 크다는 것을 의미하며, 이러한 구조는 공간적인 네트워크 채널을 쉽게 형성하여 안정성을 높입니다.

카본 블랙 형성

카본 블랙은 일반적으로 탄소 입자를 가리킵니다. 이는 유기물의 불완전 연소 과정에서 주로 발생합니다. 이 과정에서 수소와 산소는 물로 변하지만, 탄소는 완전히 연소되지 않고 분자에서 분리되어 카본 블랙을 형성합니다.

다양한 형태

카본 블랙은 탄소로 구성되어 있지만, 일반적으로 무기 안료로 분류됩니다. 카본 블랙은 기체 상태의 탄화수소를 불완전 연소시키거나 열분해하여 얻는 검은색 분말입니다. 생산 공정에 따라 조건이 달라지므로 각기 다른 특성을 지닌 다양한 제품이 생산됩니다.

카본 블랙의 미세 구조

카본 블랙 입자는 미세 결정 구조를 가지고 있습니다. 카본 블랙에서 탄소 원자의 배열은 흑연과 유사하게 육각형 평면을 형성합니다. 일반적으로 이러한 평면이 3~5개 모여 하나의 미세 결정을 이룹니다. 카본 블랙 미세 결정의 각 흑연 층 내의 탄소 원자는 규칙적으로 배열되어 있지만, 층 사이의 배열은 불규칙적입니다. 따라서 이러한 미세 결정은 유사 흑연 결정이라고도 불립니다.

카본 블랙 입자 크기

안료용 카본 블랙의 입자 크기는 5nm 정도로 매우 작을 수 있습니다. 카본 블랙 입자는 보통 단독으로 존재하지 않고, 탄소 결정층을 통해 여러 입자가 연결되어 사슬 형태를 이룹니다. 제조 공정에 따라 다양한 크기의 카본 블랙 입자를 생산할 수 있습니다. 램프 블랙 생산 공정은 거친 입자의 제품을 만드는 반면, 가스 블랙 생산 공정은 더욱 미세한 입자의 제품을 만듭니다.

참고: 용광로 흑색 생산 공정은 거의 모든 입자 크기 범위의 카본 블랙을 생산할 수 있습니다. 동일한 종류의 카본 블랙이라도 입자 크기는 다양하며, 입자 크기 분포 또한 일정 범위를 나타냅니다. 일반적으로 입자가 미세한 종류일수록 입자 크기 분포가 더 좁습니다.

카본 블랙 생산 공정

카본 블랙의 생산 원리는 일반적으로 탄소 원소 입자와 관련이 있습니다. 유기물이 불완전 연소되면 수소와 산소는 물로 변하지만, 탄소는 완전히 연소되지 않고 분자에서 분리되어 카본 블랙이 생성됩니다. 카본 블랙은 검은색 분말이며, 탄화수소가 불완전 연소되거나 열분해될 때 생성됩니다.

다양한 생산 방식은 각기 다른 특성을 지닌 다양한 제품을 만들어냅니다. 이는 사용되는 특정 공정 조건에 따라 달라집니다.

카본 블랙 생산 원료

카본 블랙을 만드는 주요 원료는 다음과 같습니다.

콜타르
에틸렌타르
안트라센 오일
천연가스
고로 가스

사용되는 다른 재료로는 석유 제품, 아스팔트, 석탄 타르 및 질소 오일이 있습니다. 이러한 것들은 모두 탄소 함량이 매우 높습니다.

일반적인 생산 공정은 다음과 같습니다.

용광로 방식
분무 방식
램프 연기 방법
슬롯 방식
롤러 방식
혼합 가스법
열분해법
아세틸렌 방법
플라즈마 방법

불완전 연소 방법은 다음과 같습니다.

용광로 방식
분무 방식
램프 연기 방법
슬롯 방식
롤러 방식
혼합 가스법

열분해 방법에는 다음이 포함됩니다.

열분해법
아세틸렌 방법
플라즈마 방법

램프 블랙 생산 공정

카본 블랙을 만드는 가장 오래된 방법은 램프 블랙 방식입니다. 이 공정에서는 원료를 최대 1.5미터 너비의 평평한 철판 위에서 연소시킵니다. 배기 후드는 연소 가스와 카본 블랙을 모아 1/4 벤드와 연소관을 통해 증착 장치로 보냅니다. 카본 블랙의 특성을 제어하기 위해서는 원료가 대부분 불완전 연소되도록 해야 합니다. 이는 연소판과 배기 후드 사이의 틈 근처에서 발생해야 합니다.

다음 단계에서는 열분해를 통한 연소가 일어납니다. 이는 산소가 부족할 때 발생하며, 이로 인해 더 큰 카본 블랙 입자가 생성됩니다. 따라서 입자 크기 분포가 매우 다양하며, 주로 조대 입자가 특징입니다. 연소판과 배기 후드 사이에서 생성된 입자 중 극히 일부만이 공기 중의 산소와 반응할 수 있습니다. 결과적으로 이러한 카본 블랙은 표면 산화물이 거의 없고, pH는 중성이며, 휘발성 물질 함량도 매우 낮습니다.

가스블랙 생산 공정

가스 블랙은 제조 방식에서 이름을 따왔습니다. 먼저, 원료 탄화수소를 가열하여 기화시킵니다. 그런 다음, 자체 발화 가스가 증기를 버너로 운반하여 에너지를 공급합니다. 탄소 블랙은 이러한 박쥐 모양 버너에서 발생하는 부채꼴 모양의 불꽃 속에서 생성됩니다.

각각의 불꽃은 작고 공기 중에서 연소합니다. 따라서 카본 블랙의 형성 방식은 램프 블랙의 제조 방식과 다릅니다. 램프 블랙은 불완전 연소로 생성됩니다. 카본 블랙 입자는 매우 미세하며, 종류에 따라 평균 크기가 10~30nm입니다. 가스 블랙의 경우 평균 입자 크기는 13nm입니다. 연소하는 불꽃 위에는 물이 채워진 드럼이 천천히 회전하고 있으며, 이 드럼에 카본 블랙이 증착된 후 스크레이핑 과정을 통해 제거됩니다. 뜨거운 상태의 새 카본 블랙은 공기 중의 산소와 접촉하게 됩니다. 이로 인해 부분 산화가 일어나 많은 산성기가 생성됩니다. 따라서 가스 블랙의 pH 값은 산성 범위에 속합니다. 또한 표면 산화물 함량을 나타내는 휘발성 물질은 약 6%입니다.

채널 블랙의 제작 과정

이 생산 공정은 천연가스를 원료로 사용합니다. 채널 블랙 제조 공정은 가스 블랙 생산 공정의 가스 연소 공정과 유사합니다. 천연가스는 부채꼴 모양의 불꽃으로 연소되며, 결과물은 가스 블랙과 매우 유사합니다. 차이점은 탄소 블랙 침전조로 평평한 수냉식 U자형 트로프를 사용한다는 것입니다. 환경적, 경제적 이유로 이 방법은 오래전에 중단되었습니다. 가스 블랙 생산은 환경에 해롭지 않습니다. 이 가스 기반 탄소 블랙 공정은 여전히 사용되고 있습니다.

용광로 흑색 생산 공정

가스 블랙은 대기 중에서 생성됩니다. 반면, 퍼니스 블랙은 산소가 제한된 밀폐된 용광로에서 제조됩니다. 여러 개의 작은 불꽃 대신 하나의 큰 불꽃이 사용됩니다. 연료로는 석유를 사용하고, 가연성 가스를 첨가하여 용광로를 적정 온도로 가열합니다. 퍼니스 블랙의 제조 공정을 조절하면 원하는 검정색 안료를 얻을 수 있습니다. 예를 들어, 카본 블랙은 평균 입자 크기가 80nm에서 15nm까지, 심지어 가스 블랙 입자처럼 더 작은 크기까지 다양할 수 있습니다. 하지만 동일한 입자 크기라도 가스 블랙과 퍼니스 블랙은 표면 화학적 성질의 차이로 인해 구별됩니다. 퍼니스 블랙 제품은 표면이 더 거칠고 평균 입자 크기는 40nm입니다.

용광로 흑색 생산 공정에서 소량의 알칼리 화합물이나 기타 첨가제를 사용할 수 있습니다. 이는 응집체의 종류와 응집 방식을 변화시켜 고구조 또는 저구조의 카본 블랙을 얻을 수 있게 합니다.

퍼니스 블랙은 거의 대기압 이하의 저압 상태에서 불충분한 공기량으로 생산되기 때문에 대부분 산성 표면 산화물이 부족하고, 앞서 언급한 알칼리 반응성 피론 구조가 존재합니다. 퍼니스 블랙의 알칼리성 pH는 카본 블랙 생산 과정에서 스프레이 퀜칭 시 냉수에 알칼리 토금속을 첨가하기 때문입니다. 또한, 알칼리성 염을 첨가하여 구조를 환원시키기도 합니다. 게다가, 퍼니스 블랙에 후산화 처리를 하지 않으면 휘발성 물질 함량이 낮아집니다.

카본 블랙 고르는 방법

카본 블랙을 신중하게 선택하세요. 선택하기 전에 목표를 생각해 보세요. 카본 블랙으로 무엇을 얻고자 하는지, 착색, 자외선 차단 또는 전도성 등 다양한 목적이 있을 수 있습니다. 가장 중요한 것은 전문 카본 블랙 엔지니어와 상담하는 것입니다. 함께 재료 시스템을 평가하고 최적의 카본 블랙 종류를 선택하세요. 착색을 위해서는 매우 검은색이고 입자가 작은 카본 블랙을 선택해야 합니다. 또한, 분산성이 좋아야 합니다. 그렇지 않으면 원하는 결과를 얻을 수 없습니다. 색상 맞춤을 위해서는 검은색이 덜한 카본 블랙을 선택하세요. 입자 크기가 크고 분산성이 좋은 것이 좋습니다. 플라스틱 및 고무의 자외선 차단을 위해서는 중간 크기의 입자와 약간 높은 구조를 가진 카본 블랙을 사용하세요. 이러한 카본 블랙은 우수한 자외선 차단 효과를 제공합니다.

카본 블랙의 기본 속성

카본 블랙의 특성은 다양한 산업 분야에서의 특정 용도를 결정합니다. 주요 성능 매개변수는 다음과 같습니다.

① 입자 크기 (1차 입자 크기)
- 입자 크기는 카본 블랙의 핵심적인 특성이며, 성능에 직접적인 영향을 미칩니다.
- 입자가 작을수록 검은색이 더 진해지고 표면적이 넓어집니다. 하지만 이로 인해 분산성이 떨어질 수 있습니다.
- 입자 크기가 클수록 검은색의 정도는 옅어지지만, 분산시키기는 더 쉽습니다.
②구조 (DBP 흡수 값) 카본 블랙의 구조는 입자 간 응집 방식에 따라 달라집니다. 구조 값이 높을수록 일반적으로 입자 모양이 더 복잡합니다.
- 고구조 카본 블랙: 분산성과 전도성을 향상시키지만, 검은색 정도는 감소할 수 있습니다.;
- 저구조 카본 블랙: 더 진한 검은색을 띠지만 분산성은 떨어집니다.
③표면적(총 비표면적 및 외부 비표면적) 표면적은 일반적으로 질소 흡착 비표면적(NSA)과 외부 비표면적(STSA)으로 특징지어집니다.
- NSA(총 비표면적): 카본 블랙의 총 표면적을 나타냅니다.;
- STSA(외부 비표면적): 입자 외부의 표면적만 측정합니다.
- 다공성이 증가함에 따라 NSA와 STSA 사이의 간격이 넓어집니다. 이는 또한 담체 요구량과 점도를 증가시킵니다.
④ 표면 화학 카본 블랙 표면에는 산화물 및 황화물과 같은 다양한 기능기가 존재하며, 이는 다음과 같은 특성을 가질 수 있습니다.
- 카본 블랙의 수분 흡수율을 높입니다.;
- 카본 블랙과 수지, 코팅제 등의 호환성을 향상시킵니다.