คาร์บอนสีดำ

สารที่เป็นผงสีดำที่เกิดจากการเผาไหม้ที่ไม่สมบูรณ์หรือไพโรไลซิสของไฮโดรคาร์บอนในเฟสก๊าซภายใต้สภาวะกระบวนการที่มีการควบคุมอย่างเข้มงวด ส่วนประกอบส่วนใหญ่เป็นธาตุคาร์บอนและมีออกซิเจน ไฮโดรเจน และกำมะถันจำนวนเล็กน้อย อนุภาคคาร์บอนแบล็คมีลักษณะเกือบเป็นทรงกลม มีขนาดระหว่าง 10 ถึง 500μm อนุภาคจำนวนมากถูกหลอมรวมหรือจับตัวเป็นก้อนเป็นเดนไดรต์หรือมวลรวมเส้นใยที่มีพันธะสามมิติ ในการแปรรูปยาง จะถูกเติมลงในยางเพื่อเป็นสารเสริมแรงและตัวเติมโดยการผสม คาร์บอนแบล็กเป็นหนึ่งในผลิตภัณฑ์อุตสาหกรรมที่เก่าแก่ที่สุด

คุณสมบัติทางกายภาพและเคมีของคาร์บอนแบล็ค

ความแตกต่างระหว่างคาร์บอนแบล็กต่างๆ ส่วนใหญ่อยู่ที่พื้นที่ผิว (หรือขนาดอนุภาค) สัณฐานวิทยารวม การกระจายมวลของอนุภาคและมวลรวม และองค์ประกอบทางเคมี

พื้นที่ผิว

คุณสมบัติสำคัญประการหนึ่งที่ใช้ในการระบุและจำแนกประเภทคาร์บอนแบล็กที่มีชื่อ พื้นที่ผิววัดโดยการดูดซับเฟสก๊าซหรือของเหลว วิธีการตรวจวัดแบบคลาสสิกที่สุดคือวิธีการดูดซับไนโตรเจนที่อุณหภูมิต่ำ (เช่น วิธี BET) เนื่องจากโมเลกุลไนโตรเจนมีขนาดค่อนข้างเล็กและสามารถเข้าไปในไมโครพอร์ของคาร์บอนแบล็คได้ ผลลัพธ์ที่วัดได้ด้วยวิธีนี้จึงแสดงลักษณะเฉพาะของพื้นที่ผิวทั้งหมดของคาร์บอนแบล็ค ในปีที่ผ่านมา ความสำเร็จในการวิจัยของวิธีการดูดซับโมเลกุลขนาดใหญ่ (เช่น CTAB) เนื่องจากโมเลกุลขนาดใหญ่ไม่สามารถเข้าไปในรูพรุนขนาดเล็กได้ ผลลัพธ์จึงระบุลักษณะพื้นที่ผิวภายนอกของคาร์บอนแบล็ค ซึ่งเป็นพื้นที่ผิว "เรียบ" ยางคาร์บอนแบล็คส่วนใหญ่ไม่มีรูพรุน ดังนั้นผลลัพธ์ของ BET และ CTAB จึงสอดคล้องกัน สำหรับเม็ดสีคาร์บอนแบล็กบางชนิด ความแตกต่างระหว่างการวัดพื้นที่ผิวทั้งสองครั้งจะกำหนดลักษณะเฉพาะของความหยาบหรือความพรุนของคาร์บอนแบล็ก วิธีการตรวจวัดอีกวิธีหนึ่ง ได้แก่ วิธีการดูดซับไอโอดีน ยังใช้กันอย่างแพร่หลายในการควบคุมการผลิตและการจำแนกประเภทผลิตภัณฑ์ โดยมีลักษณะเฉพาะคือความเรียบง่ายและรวดเร็ว อย่างไรก็ตาม ผลลัพธ์ยังได้รับผลกระทบจากระดับออกซิเดชันบนพื้นผิวของคาร์บอนแบล็ค

โครงสร้าง

คุณสมบัติที่สำคัญประการที่สองของคาร์บอนแบล็ค โครงสร้างของคาร์บอนแบล็คขึ้นอยู่กับขนาดและรูปร่างของมวลรวม ตลอดจนจำนวนอนุภาคและมวลเฉลี่ยของมวลรวมแต่ละชนิด คุณสมบัติทั้งหมดนี้ส่งผลต่อสถานะการเรียงซ้อนของมวลรวมและปริมาตรโมฆะของผง โดยปกติแล้ว โครงสร้างของคาร์บอนแบล็กจะแสดงเป็นค่าการดูดซึมน้ำมันของ DBP (ไดบิวทิล พทาเลท) ค่า DBP ของคาร์บอนแบล็กหลังการบีบอัดต่ำกว่า 170MPa สี่ครั้งตามปกติเรียกว่าค่าการดูดซึมน้ำมันอัดหรือค่า 24M4DBP ค่าการดูดซึมน้ำมันจากการอัดสะท้อนถึงสถานะของการรวมตัวของคาร์บอนแบล็คในยางอย่างแท้จริง

การใช้งานในอุตสาหกรรมคาร์บอนแบล็ค

ส่วนใหญ่จะใช้เป็นสารเสริมแรงและสารตัวเติมสำหรับยาง และมีปริมาณการใช้ประมาณครึ่งหนึ่งของยาง คาร์บอนแบล็คสำหรับยางคิดเป็น 94% ของคาร์บอนแบล็คทั้งหมด ซึ่งมีประมาณ 60% ใช้ในการผลิตยางรถยนต์ นอกจากนี้ยังใช้เป็นสารแต่งสีสำหรับหมึก สี และพลาสติก และเป็นสารป้องกันรังสียูวีสำหรับผลิตภัณฑ์พลาสติก นอกจากนี้ยังเป็นสารเติมแต่งที่สำคัญในผลิตภัณฑ์อื่นๆ อีกมากมาย เช่น อิเล็กโทรด เซลล์แห้ง ตัวต้านทาน วัตถุระเบิด เครื่องสำอาง และครีมขัดเงา

คาร์บอนแบล็กส่วนใหญ่จะใช้ในผลิตภัณฑ์ยาง ยิ่งขนาดอนุภาคของคาร์บอนแบล็คละเอียดมากเท่าใด คุณสมบัติการเสริมแรงก็จะยิ่งเหนือกว่าเท่านั้น ยิ่งระดับโครงสร้างของคาร์บอนแบล็กสูงเท่าใด ความเค้นดึงคงที่และโมดูลัสก็จะยิ่งสูงขึ้นเท่านั้น ชนิดเสริมแรงขนาดอนุภาคละเอียดส่วนใหญ่จะใช้ในดอกยาง ทำให้ยางมีความทนทานต่อการสึกหรอดีเยี่ยม สำหรับส่วนอื่น ๆ ของยาง เช่น แก้มยาง ชั้นเชือก ชั้นกันกระแทกของสายพาน และซับใน ยางจะต้องต้านทานการแตกร้าวแบบยืดหยุ่น การเกิดออกซิเดชันของโอโซน ความยืดหยุ่นที่ดี และคุณสมบัติทางความร้อนต่ำ โดยทั่วไปจะใช้ขนาดอนุภาคที่หนากว่า เตาหลอมชนิดกึ่งชดเชย (พื้นที่ผิวจำเพาะน้อยกว่า 40 ตร.ม./กรัม) สีดำ

เม็ดสีที่มีร่องสีดำถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในหมึก สารเคลือบ และพลาสติก หมึก โดยเฉพาะหมึกข่าว ส่วนใหญ่จะใช้ในช่องเม็ดสีสีดำ ในการผลิตสี เม็ดสีดำที่มีเม็ดสีสูงจะให้สีดำและความเงาของสีเคลือบยานยนต์คุณภาพสูง ในขณะที่เม็ดสีดำที่มีเม็ดสีปานกลางจะใช้ในการเคลือบอุตสาหกรรมทั่วไป นอกจากนี้ แชนเนลแบล็คที่มีเม็ดสีปานกลางยังมักใช้เป็นสารป้องกันแสงอัลตราไวโอเลตสำหรับโพลีโอเลฟินส์ และใช้เพื่อปรับปรุงความต้านทานต่อสภาพอากาศของผลิตภัณฑ์พลาสติก ร่องยางสีดำส่วนใหญ่จะใช้ในยางโดยเฉพาะยางดอกยางของยางออฟโรดและยางวิศวกรรมซึ่งทำให้ดอกยางมีความแข็งแรงสูงและทนต่อการสึกหรอได้ดี

สีดำแตกร้อนส่วนใหญ่จะใช้สำหรับผลิตภัณฑ์ยาง เนื่องจากขนาดอนุภาคหยาบและประสิทธิภาพการเสริมแรงต่ำ จึงใช้สำหรับโอกาสที่เพิ่มขึ้นของตัวเติมสูงสุดเท่านั้น เช่น ในการผลิตเสื่อยาง สายยาง ผลิตภัณฑ์ฟองน้ำ ซีล ยางซับใน ยางเม็ดบีด ผลิตภัณฑ์ฉนวน และอื่นๆ