Sıkı bir şekilde kontrol edilen işlem koşulları altında gaz fazındaki hidrokarbonların eksik yanması veya pirolizi ile oluşan siyah toz halindeki bir madde. Bileşimi esas olarak elementel karbondur ve az miktarda oksijen, hidrojen ve kükürt içerir. Karbon siyahı parçacıkları 10 ila 500μm arasında neredeyse küreseldir. Pek çok parçacık, üç boyutlu bağlı dendritik veya lifli agregatlar halinde kaynaştırılır veya toplanır. Kauçuk işlemede kauçuğa takviye maddesi ve dolgu maddesi olarak karıştırılarak eklenir. Karbon siyahı en eski endüstriyel ürünlerden biridir.
Karbon siyahının fiziksel ve kimyasal özellikleri
Çeşitli karbon siyahları arasındaki farklar esas olarak yüzey alanında (veya parçacık boyutunda), agregat morfolojisinde, parçacıkların ve agregatların kütle dağılımında ve kimyasal bileşimdedir.
Yüzey alanı
Adlandırılmış karbon siyahlarını tanımlamak ve sınıflandırmak için kullanılan önemli özelliklerden biri. Yüzey alanı gaz veya sıvı faz adsorpsiyonu ile ölçülür. En klasik belirleme yöntemi, düşük sıcaklıkta nitrojen adsorpsiyon yöntemidir (yani BET yöntemi). Nitrojen molekülleri nispeten küçük olduğundan ve karbon karasının mikro gözeneklerine girebildiğinden, bu yöntemle ölçülen sonuçlar, karbon karasının toplam yüzey alanını karakterize eder. Son yıllarda, makromolekül adsorpsiyon yönteminin (CTAB gibi) araştırma başarısı, makromoleküllerin mikro gözeneklere girememesi nedeniyle, sonuçlar karbon siyahının dış yüzey alanını, "pürüzsüz" yüzey alanını karakterize etmektedir. Çoğu kauçuk karbon siyahı gözeneksiz olduğundan BET ve CTAB sonuçları tutarlıdır. Bazı pigmentli karbon siyahları için, iki yüzey alanı ölçümü arasındaki fark, karbon siyahının pürüzlülüğünü veya gözenekliliğini karakterize eder. Başka bir ölçüm yöntemi olan iyot absorpsiyon yöntemi, basitlik ve hız ile karakterize edilen, üretim kontrolünde ve ürün sınıflandırmasında da yaygın olarak kullanılmaktadır. Yine de sonuçlar, karbon siyahının yüzeyindeki oksidasyon derecesinden etkilenmektedir.
Yapı
Karbon siyahının ikinci önemli özelliği. Karbon siyahının yapısı, agregatların boyutuna ve şekline, ayrıca parçacık sayısına ve her agreganın ortalama kütlesine bağlıdır. Tüm bu özellikler agreganın istiflenme durumunu ve tozun boşluk hacmini etkiler. Genellikle karbon siyahının yapısı DBP (dibutil ftalat) yağ emme değeri ile ifade edilir. Dört kez 170MPa'nın altında sıkıştırıldıktan sonra karbon siyahının DBP değerine, geleneksel olarak sıkıştırma yağı emme değeri veya 24M4DBP değeri denir. Sıkıştırma yağı emme değeri, kauçuktaki karbon siyahı agregatlarının durumunu gerçek anlamda yansıtır.
Karbon siyahı endüstriyel uygulamalar
Esas olarak kauçuk için takviye maddesi ve dolgu maddesi olarak kullanılır ve tüketimi kauçuğun yaklaşık yarısı kadardır. Kauçuk için karbon siyahı, toplam karbon siyahının 94%'sini oluşturur ve bunun yaklaşık 60%'si lastik imalatında kullanılır. Ayrıca mürekkepler, boyalar ve plastikler için renklendirici madde olarak ve plastik ürünler için UV koruyucu madde olarak da kullanılır. Ayrıca elektrotlar, kuru hücreler, dirençler, patlayıcılar, kozmetikler ve cila kremleri gibi diğer birçok üründe de önemli bir katkı maddesidir.
Karbon siyahı esas olarak kauçuk ürünlerde kullanılır. Karbon siyahının parçacık boyutu ne kadar ince olursa, takviye özellikleri de o kadar üstün olur; Karbon siyahının yapısal derecesi ne kadar yüksek olursa, sabit çekme gerilimi ve modülü de o kadar yüksek olur. İnce parçacık boyutunda takviye çeşitleri çoğunlukla lastik sırtında kullanılır ve lastiklere mükemmel aşınma direnci sağlar. Lastiğin yan duvarlar, kord katmanı, kemer yastıklama katmanı ve iç astar gibi diğer parçaları için kauçuğun esnek çatlamaya, ozon oksidasyonuna, iyi esnekliğe ve düşük termal özelliklere direnmesi gerekir; genellikle daha kalın parçacık boyutu kullanılır. yarı telafi edici tip (özgül yüzey alanı 40 m2/g'den az) fırın siyahı.
Oluklu siyah pigment, mürekkeplerde, kaplamalarda ve plastiklerde yaygın olarak kullanılır. Mürekkep, özellikle de haber mürekkebi, çoğunlukla siyah pigment yuvasında kullanılır. Boya üretiminde, yüksek pigmentli slot siyahları, yüksek dereceli otomotiv kaplamalarının siyahlığını ve parlaklığını verirken, orta pigmentli slot siyahları genel endüstriyel kaplamalarda kullanılır. Ek olarak, orta pigmentli kanal siyahları da yaygın olarak poliolefinler için ultraviyole ışıktan koruyucu maddeler olarak kullanılır ve plastik ürünlerin hava koşullarına dayanıklılığını arttırmak için kullanılır. Siyah kauçuk oluk esas olarak lastiklerde, özellikle de arazi ve mühendislik lastiklerinin sırt kauçuğunda kullanılır, bu da sırta yüksek mukavemet ve iyi aşınma direnci sağlar.
Sıcak çatlak siyahı esas olarak kauçuk ürünlerde kullanılır. İri parçacık boyutu ve zayıf takviye performansı nedeniyle, yalnızca kauçuk paspaslar, hortumlar, sünger ürünleri, contalar, lastik astarları, lastik lastikleri, yalıtım ürünleri vb. imalatı gibi maksimum dolgu maddesi artışlı durumlarda kullanılır.
