Bahan serbuk hitam yang terbentuk oleh pembakaran tidak lengkap atau pirolisis hidrokarbon dalam fasa gas di bawah keadaan proses yang dikawal ketat. Komposisinya terutamanya unsur karbon dan mengandungi sejumlah kecil oksigen, hidrogen, dan sulfur. Zarah hitam karbon adalah hampir sfera, antara 10 dan 500μm. Banyak zarah bercantum atau diaglomerasi menjadi agregat dendritik atau berserabut terikat tiga dimensi. Dalam pemprosesan getah, ia ditambah kepada getah sebagai agen penguat dan pengisi melalui pencampuran. Karbon hitam adalah salah satu produk industri tertua.
Sifat fizikal dan kimia karbon hitam
Perbezaan antara pelbagai karbon hitam adalah terutamanya dalam luas permukaan (atau saiz zarah), morfologi agregat, taburan jisim zarah dan agregat, dan komposisi kimia.
Kawasan permukaan
Salah satu sifat penting yang digunakan untuk mengenal pasti dan mengelaskan karbon hitam yang dinamakan. Luas permukaan diukur dengan penjerapan fasa gas atau cecair. Kaedah penentuan yang paling klasik ialah kaedah penjerapan nitrogen suhu rendah (iaitu kaedah BET). Oleh kerana molekul nitrogen agak kecil dan boleh memasuki mikropori karbon hitam, hasil yang diukur dengan kaedah ini mencirikan jumlah luas permukaan karbon hitam. Dalam beberapa tahun kebelakangan ini, kejayaan penyelidikan kaedah penjerapan makromolekul (seperti CTAB), kerana makromolekul tidak boleh memasuki microporous, hasilnya mencirikan kawasan permukaan luaran karbon hitam, kawasan permukaan "licin". Kebanyakan getah karbon hitam tidak berliang, jadi keputusan BET dan CTAB adalah konsisten. Bagi sesetengah hitam karbon berpigmen, perbezaan antara dua ukuran luas permukaan mencirikan kekasaran atau keliangan karbon hitam. Kaedah pengukuran lain - kaedah penyerapan iodin- juga digunakan secara meluas dalam kawalan pengeluaran dan klasifikasi produk, dicirikan oleh kesederhanaan dan kelajuan. Namun, keputusannya dipengaruhi oleh tahap pengoksidaan pada permukaan karbon hitam.
Struktur
Sifat penting kedua karbon hitam. Struktur karbon hitam bergantung pada saiz dan bentuk agregat, serta bilangan zarah dan jisim purata setiap agregat. Semua sifat ini mempengaruhi keadaan susunan agregat dan isipadu lompang serbuk. Biasanya, struktur karbon hitam dinyatakan dari segi nilai penyerapan minyak DBP (dibutyl phthalate). Nilai DBP karbon hitam selepas mampatan di bawah 170MPa empat kali lazimnya dipanggil nilai penyerapan minyak mampatan atau nilai 24M4DBP. Nilai penyerapan minyak mampatan benar-benar mencerminkan keadaan agregat hitam karbon dalam getah.
Aplikasi perindustrian karbon hitam
Ia digunakan terutamanya sebagai agen penguat dan pengisi untuk getah, dan penggunaannya adalah kira-kira separuh daripada getah. Karbon hitam untuk getah menyumbang 94% daripada jumlah karbon hitam, yang mana kira-kira 60% digunakan dalam pembuatan tayar. Ia juga digunakan sebagai agen pewarna untuk dakwat, cat, dan plastik dan sebagai agen pelindung UV untuk produk plastik. Ia juga merupakan bahan tambahan penting dalam banyak produk lain, seperti elektrod, sel kering, perintang, bahan letupan, kosmetik dan krim penggilap.
Karbon hitam digunakan terutamanya dalam produk getah. Lebih halus saiz zarah karbon hitam, lebih unggul sifat pengukuhannya; semakin tinggi tahap struktur karbon hitam, semakin tinggi tegasan tegangan dan modulus malarnya. Varieti penguat saiz zarah halus digunakan terutamanya dalam bunga tayar, memberikan tayar rintangan haus yang sangat baik. Untuk bahagian lain tayar, seperti dinding sisi, lapis kord, lapisan kusyen tali pinggang, dan pelapik dalam, getah diperlukan untuk menahan keretakan lentur, pengoksidaan ozon, daya tahan yang baik, dan sifat terma yang rendah, biasanya menggunakan saiz zarah yang lebih tebal daripada jenis separuh pampasan (luas permukaan khusus kurang daripada 40m2/g) relau hitam.
Pigmen dengan alur hitam digunakan secara meluas dalam dakwat, salutan dan plastik. Dakwat, terutamanya dakwat berita, digunakan terutamanya dalam slot pigmen hitam. Dalam pembuatan cat, hitam slot pigmen tinggi memberikan kehitaman dan kilauan kemasan automotif gred tinggi, manakala warna hitam slot pigmen sederhana digunakan dalam salutan industri umum. Selain itu, saluran hitam berpigmen sederhana juga biasanya digunakan sebagai agen pelindung cahaya ultraviolet untuk poliolefin dan digunakan untuk meningkatkan rintangan cuaca produk plastik. Hitam alur getah digunakan terutamanya dalam tayar, terutamanya getah bunga tayar luar jalan dan kejuruteraan, yang memberikan bunga kekuatan tinggi dan rintangan haus yang baik.
Hitam retak panas digunakan terutamanya untuk produk getah. Oleh kerana saiz zarah yang kasar dan prestasi pengukuhan yang lemah, ia hanya digunakan untuk keadaan tambahan pengisi maksimum, seperti dalam pembuatan tikar getah, hos, produk span, pengedap, pelapik tayar, getah manik, produk penebat, dan sebagainya.
