Một chất bột màu đen được hình thành do quá trình đốt cháy không hoàn toàn hoặc nhiệt phân hydrocarbon ở pha khí trong các điều kiện quy trình được kiểm soát chặt chẽ. Thành phần của nó chủ yếu là carbon nguyên tố và chứa một lượng nhỏ oxy, hydro và lưu huỳnh. Các hạt cacbon đen gần như hình cầu, có kích thước từ 10 đến 500μm. Nhiều hạt được hợp nhất hoặc kết tụ thành các tập hợp sợi hoặc đuôi gai liên kết ba chiều. Trong chế biến cao su, nó được thêm vào cao su như một chất gia cố và chất độn thông qua quá trình trộn. Than đen là một trong những sản phẩm công nghiệp lâu đời nhất.
Tính chất vật lý và hóa học của muội than
Sự khác biệt giữa các loại muội than khác nhau chủ yếu là ở diện tích bề mặt (hoặc kích thước hạt), hình thái tổng hợp, sự phân bố khối lượng của các hạt và cốt liệu cũng như thành phần hóa học.
Diện tích bề mặt
Một trong những tính chất quan trọng dùng để nhận biết và phân loại cacbon đen có tên. Diện tích bề mặt được đo bằng sự hấp phụ pha khí hoặc pha lỏng. Phương pháp xác định cổ điển nhất là phương pháp hấp phụ nitơ ở nhiệt độ thấp (tức là phương pháp BET). Do các phân tử nitơ tương đối nhỏ và có thể đi vào các vi lỗ của muội than nên kết quả đo bằng phương pháp này mô tả tổng diện tích bề mặt của muội than. Trong những năm gần đây, sự thành công trong nghiên cứu của phương pháp hấp phụ đại phân tử (như CTAB), do các đại phân tử không thể đi vào vi xốp nên kết quả đặc trưng cho diện tích bề mặt bên ngoài của muội than, diện tích bề mặt “nhịn”. Hầu hết than đen cao su đều không xốp nên kết quả của BET và CTAB là nhất quán. Đối với một số loại muội than có sắc tố, sự khác biệt giữa hai phép đo diện tích bề mặt đặc trưng cho độ nhám hoặc độ xốp của muội than. Một phương pháp đo lường khác – phương pháp hấp thụ iốt – cũng được sử dụng rộng rãi trong kiểm soát sản xuất và phân loại sản phẩm, đặc trưng bởi tính đơn giản và tốc độ. Tuy nhiên, kết quả bị ảnh hưởng bởi mức độ oxy hóa trên bề mặt muội than.
Kết cấu
Tính chất quan trọng thứ hai của muội than. Cấu trúc của muội than phụ thuộc vào kích thước và hình dạng của cốt liệu, cũng như số lượng hạt và khối lượng trung bình của mỗi cốt liệu. Tất cả các đặc tính này ảnh hưởng đến trạng thái xếp chồng của cốt liệu và thể tích rỗng của bột. Thông thường, cấu trúc của muội than được biểu thị bằng giá trị hấp thụ dầu DBP (dibutyl phthalate). Giá trị DBP của muội than sau khi nén dưới 170MPa bốn lần thường được gọi là giá trị hấp thụ dầu nén hoặc giá trị 24M4DBP. Giá trị hấp thụ của dầu nén phản ánh thực sự trạng thái của cốt liệu cacbon đen trong cao su.
Ứng dụng công nghiệp cacbon đen
Nó chủ yếu được sử dụng làm chất gia cố và chất độn cho cao su, mức tiêu thụ của nó chỉ bằng một nửa so với cao su. Than đen dùng cho cao su chiếm 94% trong tổng lượng muội than, trong đó khoảng 60% được sử dụng trong sản xuất lốp xe. Nó cũng được sử dụng làm chất tạo màu cho mực, sơn và nhựa và làm chất chống tia cực tím cho các sản phẩm nhựa. Nó cũng là một chất phụ gia quan trọng trong nhiều sản phẩm khác, chẳng hạn như điện cực, pin khô, điện trở, chất nổ, mỹ phẩm và kem đánh bóng.
Than đen chủ yếu được sử dụng trong các sản phẩm cao su. Kích thước hạt của muội than càng mịn thì đặc tính gia cố của nó càng vượt trội; Mức độ cấu trúc của muội than càng cao thì ứng suất kéo và mô đun kéo không đổi của nó càng cao. Các loại gia cố cỡ hạt mịn chủ yếu được sử dụng trong mặt lốp, giúp lốp có khả năng chống mài mòn tuyệt vời. Đối với các bộ phận khác của lốp, chẳng hạn như thành bên, lớp dây, lớp đệm đai và lớp lót bên trong, cao su cần có khả năng chống nứt uốn, oxy hóa ozone, khả năng phục hồi tốt và tính chất nhiệt thấp, thường sử dụng kích thước hạt dày hơn loại bán bù (diện tích bề mặt riêng dưới 40m2/g) nung đen.
Sắc tố có rãnh đen được sử dụng rộng rãi trong mực, chất phủ và nhựa. Mực, đặc biệt là mực tin tức, chủ yếu được sử dụng trong khe màu đen. Trong sản xuất sơn, các khe đen có sắc tố cao mang lại độ đen và độ bóng cho các lớp hoàn thiện ô tô cao cấp, trong khi các khe đen có sắc tố trung bình được sử dụng trong các lớp phủ công nghiệp nói chung. Ngoài ra, kênh đen có sắc tố trung bình cũng thường được sử dụng làm chất che chắn tia cực tím cho polyolefin và được sử dụng để cải thiện khả năng chống chịu thời tiết của các sản phẩm nhựa. Rãnh cao su màu đen chủ yếu được sử dụng trong lốp xe, đặc biệt là cao su mặt lốp của lốp xe địa hình và kỹ thuật, giúp mặt lốp có độ bền cao và chống mài mòn tốt.
Màu đen nứt nóng chủ yếu được sử dụng cho các sản phẩm cao su. Do kích thước hạt thô và hiệu suất gia cố kém nên nó chỉ được sử dụng cho các trường hợp gia tăng chất độn tối đa, chẳng hạn như trong sản xuất thảm cao su, ống mềm, sản phẩm xốp, phớt, lót lốp, cao su hạt, sản phẩm cách nhiệt, v.v.
