Een zwarte poederachtige stof die wordt gevormd door de onvolledige verbranding of pyrolyse van koolwaterstoffen in de gasfase onder strikt gecontroleerde procesomstandigheden. De samenstelling bestaat voornamelijk uit elementaire koolstof en bevat een kleine hoeveelheid zuurstof, waterstof en zwavel. Koolzwartdeeltjes zijn bijna bolvormig, tussen 10 en 500 μm. Veel deeltjes zijn versmolten of geagglomereerd tot driedimensionaal gebonden dendritische of vezelachtige aggregaten. Bij de rubberverwerking wordt het door mengen aan rubber toegevoegd als versterkend middel en vulmiddel. Carbon black is een van de oudste industriële producten.
Fysische en chemische eigenschappen van carbon black
De verschillen tussen de verschillende carbonblacks liggen voornamelijk in het oppervlak (of de deeltjesgrootte), de aggregaatmorfologie, de massaverdeling van deeltjes en aggregaten, en de chemische samenstelling.
Oppervlakte
Een van de belangrijke eigenschappen die worden gebruikt om genoemde carbonblacks te identificeren en classificeren. Het oppervlak wordt gemeten door adsorptie in de gas- of vloeistoffase. De meest klassieke bepalingsmethode is de stikstofadsorptiemethode bij lage temperatuur (dwz de BET-methode). Omdat stikstofmoleculen relatief klein zijn en de microporiën van carbon black kunnen binnendringen, karakteriseren de met deze methode gemeten resultaten het totale oppervlak van carbon black. In de afgelopen jaren is het onderzoekssucces van de macromolecuul-adsorptiemethode (zoals CTAB) toegenomen, omdat macromoleculen de microporeuze oppervlakken niet kunnen binnendringen. De resultaten karakteriseren het externe oppervlak van carbon black, het “gladde” oppervlak. De meeste rubbercarbonblacks zijn niet-poreus, dus de resultaten van BET en CTAB zijn consistent. Voor sommige gepigmenteerde carbonblacks karakteriseert het verschil tussen de twee oppervlaktemetingen de ruwheid of porositeit van het carbonblack. Een andere meetmethode – de jodiumabsorptiemethode – wordt ook veel gebruikt bij productiecontrole en productclassificatie, gekenmerkt door eenvoud en snelheid. Toch worden de resultaten beïnvloed door de mate van oxidatie op het oppervlak van roet.
Structuur
De tweede belangrijke eigenschap van carbon black. De structuur van roet hangt af van de grootte en vorm van de aggregaten, evenals van het aantal deeltjes en de gemiddelde massa van elk aggregaat. Al deze eigenschappen beïnvloeden de stapeltoestand van de aggregaten en het lege volume van het poeder. Gewoonlijk wordt de structuur van carbon black uitgedrukt in termen van de olieabsorptiewaarde van DBP (dibutylftalaat). De DBP-waarde van carbon black na vier keer compressie onder 170 MPa wordt gewoonlijk de compressie-olie-absorptiewaarde of 24M4DBP-waarde genoemd. De compressie-olie-absorptiewaarde weerspiegelt werkelijk de toestand van de roetaggregaten in het rubber.
Industriële toepassingen van roetzwart
Het wordt voornamelijk gebruikt als versterkingsmiddel en vulmiddel voor rubber en het verbruik ervan is ongeveer de helft van dat van rubber. Carbonblack voor rubber is goed voor 94% van de totale carbonblack, waarvan ongeveer 60% wordt gebruikt bij de productie van banden. Het wordt ook gebruikt als kleurstof voor inkten, verven en kunststoffen en als UV-beschermingsmiddel voor kunststofproducten. Het is ook een belangrijk additief in veel andere producten, zoals elektroden, droge cellen, weerstanden, explosieven, cosmetica en polijstcrèmes.
Carbon black wordt voornamelijk gebruikt in rubberproducten. Hoe fijner de deeltjesgrootte van carbon black, des te beter zijn de versterkende eigenschappen; hoe hoger de structurele graad van carbon black, hoe hoger de constante trekspanning en modulus ervan. In het loopvlak van de band worden voornamelijk versterkende varianten met een fijne deeltjesgrootte gebruikt, waardoor de banden een uitstekende slijtvastheid hebben. Voor andere delen van de band, zoals de zijwanden, de koordlaag, de demplaag van de riem en de binnenvoering, moet het rubber bestand zijn tegen buigscheuren, ozonoxidatie, goede veerkracht en lage thermische eigenschappen. Gebruik over het algemeen een dikkere deeltjesgrootte van het semi-compenserende type (specifieke oppervlakte van minder dan 40 m2/g) ovenzwart.
Pigment met groef zwart wordt veel gebruikt in inkten, coatings en kunststoffen. Inkt, vooral nieuwsinkt, wordt voornamelijk gebruikt in de pigmentsleuf zwart. Bij de verfproductie geven sleufzwarte kleuren met een hoog pigmentgehalte de zwartheid en glans van hoogwaardige autolakken, terwijl sleufzwarte kleuren met een gemiddeld pigmentgehalte worden gebruikt in algemene industriële coatings. Bovendien worden middelmatig gepigmenteerde kanaalroeten ook vaak gebruikt als bescherming tegen ultraviolet licht voor polyolefinen en worden ze gebruikt om de weersbestendigheid van kunststofproducten te verbeteren. Zwarte rubberen groef wordt voornamelijk gebruikt in banden, vooral het loopvlakrubber van offroad- en technische banden, waardoor het loopvlak een hoge sterkte en goede slijtvastheid heeft.
Hot crack black wordt voornamelijk gebruikt voor rubberproducten. Vanwege de grove deeltjesgrootte en de slechte versterkende prestaties, wordt het alleen gebruikt voor de maximale vulintensieve gelegenheden, zoals bij de productie van rubberen matten, slangen, sponsproducten, afdichtingen, bandenvoeringen, hielrubber, isolatieproducten, enzovoort.
