یک ماده پودری سیاه رنگ که از احتراق ناقص یا تجزیه در اثر حرارت هیدروکربن ها در فاز گاز و تحت شرایط فرآیند کاملاً کنترل شده تشکیل می شود. ترکیب آن عمدتا کربن عنصری است و حاوی مقدار کمی اکسیژن، هیدروژن و گوگرد است. کربن سیاه ذرات تقریباً کروی هستند، بین 10 تا 500 میکرومتر. بسیاری از ذرات ذوب شده یا آگلومره شده و به دانه های دندریتی یا فیبری پیوندی سه بعدی تبدیل می شوند. در فرآوری لاستیک از طریق اختلاط به عنوان یک عامل تقویت کننده و پرکننده به لاستیک اضافه می شود. کربن بلک یکی از قدیمی ترین محصولات صنعتی است.
خواص فیزیکی و شیمیایی کربن سیاه
تفاوت بین کربن سیاه های مختلف عمدتاً در سطح (یا اندازه ذرات)، مورفولوژی سنگدانه ها، توزیع جرمی ذرات و سنگدانه ها و شیمیایی ترکیب
مساحت سطح
یکی از ویژگی های مهمی که برای شناسایی و طبقه بندی کربن سیاه های نام گذاری شده استفاده می شود. سطح با جذب فاز گاز یا مایع اندازه گیری می شود. کلاسیک ترین روش تعیین، روش جذب نیتروژن در دمای پایین (یعنی روش BET) است. از آنجایی که مولکول های نیتروژن نسبتا کوچک هستند و می توانند وارد ریز منافذ کربن سیاه شوند، نتایج اندازه گیری شده با این روش، سطح کل کربن سیاه را مشخص می کند. در سال‌های اخیر، موفقیت تحقیق روش جذب ماکرومولکول (مانند CTAB)، به دلیل اینکه درشت مولکول‌ها نمی‌توانند وارد میکرو متخلخل شوند، نتایج سطح خارجی کربن سیاه و سفید، سطح سطح "صاف" را مشخص می‌کند. بیشتر کربن سیاه های لاستیکی غیر متخلخل هستند، بنابراین نتایج BET و CTAB سازگار هستند. برای برخی از کربن سیاه های رنگدانه شده، تفاوت بین دو اندازه گیری سطح سطح، زبری یا تخلخل کربن سیاه را مشخص می کند. روش دیگر اندازه گیری - روش جذب ید - نیز به طور گسترده در کنترل تولید و طبقه بندی محصول استفاده می شود که با سادگی و سرعت مشخص می شود. با این حال، نتایج تحت تأثیر درجه اکسیداسیون روی سطح کربن سیاه است.
ساختار
دومین خاصیت مهم کربن سیاه. ساختار کربن سیاه به اندازه و شکل سنگدانه ها و همچنین تعداد ذرات و جرم متوسط هر سنگدانه بستگی دارد. همه این ویژگی ها بر روی حالت انباشتگی سنگدانه ها و حجم خالی پودر تاثیر می گذارد. معمولاً ساختار کربن سیاه بر حسب مقدار جذب روغن DBP (دی بوتیل فتالات) بیان می شود. مقدار DBP کربن سیاه پس از فشرده سازی زیر 170 مگا پاسکال چهار برابر معمولاً مقدار جذب روغن تراکمی یا مقدار 24M4DBP نامیده می شود. مقدار جذب روغن تراکمی واقعاً منعکس کننده وضعیت سنگدانه های کربن سیاه در لاستیک است.
کاربردهای صنعتی کربن سیاه
عمدتاً به عنوان تقویت کننده و پرکننده لاستیک استفاده می شود و مصرف آن تقریباً نصف لاستیک است. کربن سیاه برای لاستیک 94% از کل کربن سیاه را تشکیل می دهد که از این مقدار حدود 60% در تولید تایر استفاده می شود. همچنین به عنوان یک عامل رنگ آمیزی برای جوهرها، رنگ ها و پلاستیک ها و به عنوان یک عامل محافظ UV برای محصولات پلاستیکی استفاده می شود. همچنین یک افزودنی مهم در بسیاری از محصولات دیگر مانند الکترودها، سلول های خشک، مقاومت ها، مواد منفجره، لوازم آرایشی و کرم های پولیش است.
کربن سیاه عمدتاً در محصولات لاستیکی استفاده می شود. هرچه اندازه ذرات کربن سیاه ریزتر باشد، خواص تقویت کننده آن برتر است. هر چه درجه ساختاری کربن سیاه بیشتر باشد، تنش کششی ثابت و مدول آن بیشتر است. انواع تقویت کننده با اندازه ذرات ریز عمدتاً در آج لاستیک استفاده می شود که به لاستیک ها مقاومت در برابر سایش عالی می دهد. برای سایر قسمت‌های لاستیک، مانند دیواره‌های جانبی، لایه بند ناف، لایه بالشتک تسمه و آستر داخلی، لاستیک برای مقاومت در برابر ترک‌خوردگی، اکسیداسیون ازن، انعطاف‌پذیری خوب و خواص حرارتی پایین مورد نیاز است، معمولاً از اندازه ذرات ضخیم‌تر استفاده می‌شود. نوع نیمه جبرانی (سطح ویژه کمتر از 40m2/g) کوره سیاه.
رنگدانه با شیار مشکی به طور گسترده ای در جوهرها، پوشش ها و پلاستیک ها استفاده می شود. جوهر، به ویژه جوهر خبری، عمدتا در شکاف رنگدانه سیاه استفاده می شود. در تولید رنگ، مشکی‌های شیاردار با رنگدانه بالا، سیاهی و درخشندگی روکش‌های خودرویی با درجه بالا را می‌دهند، در حالی که مشکی‌های شیار رنگدانه متوسط در پوشش‌های صنعتی عمومی استفاده می‌شوند. علاوه بر این، رنگ‌های سیاه کانالی با رنگدانه متوسط نیز معمولاً به عنوان محافظ نور ماوراء بنفش برای پلی اولفین‌ها استفاده می‌شوند و برای بهبود مقاومت در برابر آب و هوا محصولات پلاستیکی استفاده می‌شوند. مشکی شیار لاستیکی عمدتاً در لاستیک ها استفاده می شود، به خصوص لاستیک آج لاستیک های آفرود و مهندسی که به آج استحکام بالا و مقاومت در برابر سایش خوبی می بخشد.
سیاه کراک داغ عمدتا برای محصولات لاستیکی استفاده می شود. به دلیل اندازه ذرات درشت و عملکرد ضعیف تقویت کننده، آن را فقط برای حداکثر موارد افزایشی پرکننده، مانند در ساخت تشک لاستیکی، شیلنگ، محصولات اسفنجی، مهر و موم، آستر لاستیک، لاستیک مهره، محصولات عایق، و غیره استفاده می شود.