Una sostanza nera polverosa formata dalla combustione incompleta o dalla pirolisi di idrocarburi in fase gassosa in condizioni di processo rigorosamente controllate. La sua composizione è principalmente carbonio elementare e contiene una piccola quantità di ossigeno, idrogeno e zolfo. Nero di carbonio le particelle sono quasi sferiche, tra 10 e 500μm. Molte particelle sono fuse o agglomerate in aggregati dendritici o fibrosi legati tridimensionalmente. Nella lavorazione della gomma, viene aggiunto alla gomma come agente di rinforzo e riempitivo tramite miscelazione. Il carbon black è uno dei prodotti industriali più antichi.
Proprietà fisiche e chimiche del carbon black
Le differenze tra i vari carbon black riguardano principalmente l'area superficiale (o dimensione delle particelle), morfologia degli aggregati, distribuzione di massa delle particelle e degli aggregati e chimico composizione.
Superficie
Una delle proprietà importanti utilizzate per identificare e classificare i carbon black denominati. L'area superficiale è misurata mediante adsorbimento in fase gassosa o liquida. Il metodo di determinazione più classico è il metodo di adsorbimento dell'azoto a bassa temperatura (vale a dire, metodo BET). Poiché le molecole di azoto sono relativamente piccole e possono entrare nei micropori del carbon black, i risultati misurati con questo metodo caratterizzano l'area superficiale totale del carbon black. Negli ultimi anni, il successo della ricerca del metodo di adsorbimento delle macromolecole (come il CTAB), poiché le macromolecole non possono entrare nei micropori, i risultati caratterizzano l'area superficiale esterna del carbon black, l'area superficiale "liscia". La maggior parte dei carbon black in gomma non sono porosi, quindi i risultati di BET e CTAB sono coerenti. Per alcuni carbon black pigmentati, la differenza tra le due misurazioni dell'area superficiale caratterizza la rugosità o la porosità del carbon black. Un altro metodo di misurazione, il metodo di assorbimento dello iodio, è ampiamente utilizzato anche nel controllo della produzione e nella classificazione dei prodotti, caratterizzato da semplicità e velocità. Tuttavia, i risultati sono influenzati dal grado di ossidazione sulla superficie del carbon black.
Struttura
La seconda importante proprietà del carbon black. La struttura del carbon black dipende dalla dimensione e dalla forma degli aggregati, nonché dal numero di particelle e dalla massa media di ciascun aggregato. Tutte queste proprietà influenzano lo stato di impilamento degli aggregati e il volume vuoto della polvere. Di solito, la struttura del carbon black è espressa in termini di valore di assorbimento dell'olio DBP (dibutilftalato). Il valore DBP del carbon black dopo la compressione a 170 MPa per quattro volte è solitamente chiamato valore di assorbimento dell'olio di compressione o valore 24M4DBP. Il valore di assorbimento dell'olio di compressione riflette veramente lo stato degli aggregati di carbon black nella gomma.
Applicazioni industriali del carbon black
Viene utilizzato principalmente come agente di rinforzo e riempitivo per la gomma e il suo consumo è circa la metà di quello della gomma. Il carbon black per la gomma rappresenta 94% del carbon black totale, di cui circa 60% sono utilizzati nella produzione di pneumatici. Viene utilizzato anche come agente colorante per inchiostri, vernici e materie plastiche e come agente di schermatura UV per prodotti in plastica. È anche un additivo importante in molti altri prodotti, come elettrodi, pile a secco, resistori, esplosivi, cosmetici e creme lucidanti.
Il carbon black è utilizzato principalmente nei prodotti in gomma. Più fine è la granulometria del carbon black, più elevate sono le sue proprietà di rinforzo; più alto è il grado strutturale del carbon black, più elevati sono la sua sollecitazione di trazione costante e il suo modulo. Le varietà di rinforzo a granulometria fine sono utilizzate principalmente nel battistrada del pneumatico, conferendo agli pneumatici un'eccellente resistenza all'usura. Per altre parti del pneumatico, come fianchi, tele di cordone, strato di ammortizzazione della cintura e rivestimento interno, la gomma deve resistere alla fessurazione da flessione, all'ossidazione da ozono, avere una buona resilienza e basse proprietà termiche, in genere si usa una granulometria più spessa del tipo semi-compensatorio (superficie specifica inferiore a 40 m2/g) di nero da forno.
Il pigmento con scanalatura nera è ampiamente utilizzato in inchiostri, rivestimenti e materie plastiche. L'inchiostro, in particolare l'inchiostro per giornali, è utilizzato principalmente nel pigmento slot nero. Nella produzione di vernici, i neri slot ad alto pigmento conferiscono il nero e la lucentezza delle finiture automobilistiche di alta qualità, mentre i neri slot a pigmento medio sono utilizzati nei rivestimenti industriali generali. Inoltre, i neri channel a pigmento medio sono comunemente utilizzati anche come agenti di schermatura della luce ultravioletta per le poliolefine e sono utilizzati per migliorare la resistenza agli agenti atmosferici dei prodotti in plastica. Il nero scanalato in gomma è utilizzato principalmente negli pneumatici, in particolare nella gomma del battistrada di pneumatici fuoristrada e ingegneristici, che conferisce al battistrada elevata resistenza e buona resistenza all'usura.
Il crack nero caldo è utilizzato principalmente per prodotti in gomma. A causa delle dimensioni grossolane delle particelle e delle scarse prestazioni di rinforzo, viene utilizzato solo per le occasioni con il massimo incremento di riempitivo, come nella produzione di tappetini in gomma, tubi flessibili, prodotti in spugna, guarnizioni, rivestimenti per pneumatici, gomma perline, prodotti isolanti e così via.