Черное порошкообразное вещество, образующееся при неполном сгорании или пиролизе углеводородов в газовой фазе при строго контролируемых технологических условиях. Его состав состоит в основном из элементарного углерода и содержит небольшое количество кислорода, водорода и серы. Частицы технического углерода имеют почти сферическую форму, от 10 до 500 мкм. Многие частицы сплавлены или агломерированы в трехмерные связанные дендритные или волокнистые агрегаты. При переработке резины его добавляют в резину в качестве армирующего агента и наполнителя путем смешивания. Углеродная сажа является одним из старейших промышленных продуктов.
Физические и химические свойства технического углерода
Различия между различными видами технического углерода заключаются главным образом в площади поверхности (или размере частиц), морфологии агрегатов, массовом распределении частиц и агрегатов и химическом составе.
Площадь поверхности
Одно из важных свойств, используемых для идентификации и классификации названных саж. Площадь поверхности измеряется путем адсорбции газовой или жидкой фазы. Наиболее классическим методом определения является метод низкотемпературной адсорбции азота (т. е. метод БЭТ). Поскольку молекулы азота относительно малы и могут проникать в микропоры технического углерода, результаты, измеренные этим методом, характеризуют общую площадь поверхности технического углерода. В последние годы были достигнуты успехи в исследованиях метода адсорбции макромолекул (например, CTAB), поскольку макромолекулы не могут проникать в микропоры, результаты характеризуют площадь внешней поверхности технического углерода, «гладкую» площадь поверхности. Большинство резиновых саж непористые, поэтому результаты BET и CTAB согласуются. Для некоторых пигментированных технических газов разница между двумя измерениями площади поверхности характеризует шероховатость или пористость технического углерода. Другой метод измерения – метод абсорбции йода – также широко применяется в производственном контроле и классификации продукции, отличается простотой и быстротой. Однако на результаты влияет степень окисления поверхности технического углерода.
Состав
Второе важное свойство технического углерода. Структура технического углерода зависит от размера и формы агрегатов, а также количества частиц и средней массы каждого агрегата. Все эти свойства влияют на состояние укладки агрегатов и объем пустот порошка. Обычно структуру технического углерода выражают через величину маслопоглощения ДБФ (дибутилфталат). Значение DBP технического углерода после четырехкратного сжатия до 170 МПа обычно называют значением поглощения компрессионного масла или значением 24M4DBP. Значение поглощения компрессионного масла действительно отражает состояние агрегатов сажи в резине.
Промышленное применение технического углерода
В основном он используется в качестве армирующего агента и наполнителя резины, а его расход примерно вдвое меньше расхода резины. На углеродную сажу для резины приходится 94% от общего количества технического углерода, из которых около 60% используется в производстве шин. Он также используется в качестве красителя для чернил, красок и пластмасс, а также в качестве средства защиты от ультрафиолета для пластиковых изделий. Он также является важной добавкой во многих других продуктах, таких как электроды, сухие элементы, резисторы, взрывчатые вещества, косметика и полировочные кремы.
Углеродная сажа в основном используется в резиновых изделиях. Чем мельче размер частиц технического углерода, тем выше его армирующие свойства; чем выше структурная степень технического углерода, тем выше его постоянное растягивающее напряжение и модуль. В протекторе шин в основном используются мелкозернистые армирующие добавки, которые придают шинам превосходную износостойкость. Для других частей шины, таких как боковины, кордный слой, амортизирующий слой ремня и внутренняя подкладка, резина должна противостоять растрескиванию при изгибе, окислению озоном, хорошей упругостью и низкими термическими свойствами. Обычно используют частицы более толстого размера. полукомпенсационного типа (удельная поверхность менее 40м2/г) печная сажа.
Пигмент с бороздкой черного цвета широко используется в чернилах, покрытиях и пластмассах. Чернила, особенно новостные чернила, в основном используются в черном цвете. В производстве красок сажа с высоким содержанием пигмента придает черноту и блеск высококачественным автомобильным покрытиям, а сажа со средним содержанием пигмента используется в общепромышленных покрытиях. Кроме того, канальная сажа со средней пигментацией также широко используется в качестве агентов защиты от ультрафиолетового света для полиолефинов и используется для улучшения устойчивости пластиковых изделий к атмосферным воздействиям. Резиновая канавка черного цвета в основном применяется в шинах, особенно в протекторной резине внедорожных и инженерных шин, что придает протектору высокую прочность и хорошую износостойкость.
Черный горячий крек в основном используется для резиновых изделий. Из-за крупного размера частиц и плохой армирующей способности он используется только в случаях максимального увеличения наполнителя, например, при производстве резиновых ковриков, шлангов, губчатых изделий, уплотнений, покрышек, бортовой резины, изоляционных изделий и т. д.
