کربن سیاه

کربن سیاه

کربن سیاه معمولا کربن عنصری است که به شکل پودری بسیار پراکنده موجود است. آنها از هیدروکربن ها با پیرولیز کنترل شده در فاز بخار تولید می شوند.

کربن سیاه یکی از مهم ترین انواع رنگدانه هاست که کاربردهای صنعتی عمده ای دارد. در تولید کربن سیاه فرآیندهای متعددی در دسترس است. اکثر فرآیندهای تولید به تجزیه حرارتی یا سوختن ناقص نفت کوره یا گاز طبیعی (هیدروکربن) بستگی دارد. بیشتر کربن سیاه با استفاده از فرآیند کوره ساخته می شود. «سیاه کوره ای» و «سیاه کانالی» دو نوع بسیار محبوب کربن سیاه هستند. سایر موارد عبارتند از سیاه استیلن، سیاه لامپی و سیاه حرارتی. بیشتر انواع کربن سیاه حاوی اکسیژن، هیدروژن، نیتروژن و گوگرد هستند.

ویژگی های کربن سیاه

متوسط ​​قطر ذرات: در بیشتر کربن سیاه های تجاری تولید شده، محدوده بین 0.01 تا 0.4 میکرومتر (μm) است.
میانگین قطر سنگدانه ها: محدوده بین 0.1-0.8 μm 
درصد کربن عنصری: بین 97 تا 99

ویژگی های اصلی کربن سیاه

قدرت رنگ بالا در اندازه انبوه و در کاربردهای کمرنگ.
خواص محافظتی عالی در برابر اشعه ماوراء بنفش
بی اثری شیمیایی خوبی نشان می دهد
ظاهر سطحی خوب
خواص آنتی استاتیک برجسته

اندازه گیری عملکرد

الزامات کاربرد کربن سیاه بسیار مهم است، اهمیت آنها نیز بسته به کاربرد متفاوت است. چند مورد از این الزامات در اینجا مورد بحث قرار می گیرد:

رقیق‌پذیری مستربچ: رقیق‌پذیری مستربچ با فرآیند اندازه‌گیری ویسکوزیته مذاب یک فرمول مستربچ تقریبی و مقایسه می‌شود. در واقع رقیق‌پذیری مستربچ بسیار مهم است. در انتخاب کربن سیاه مناسب و می تواند منجر به صرفه جویی در هزینه فرمول قابل توجهی شود.

پایداری اشعه ماوراء بنفش: با افزودن کربن سیاه می توان پایداری در برابر اشعه ماوراء بنفش را افزایش داد.

کاربرد کربن سیاه

کربن سیاه به طور گسترده در بسیاری از جنبه های صنعتی استفاده می شود. این موارد به غیر از رنگدانه، کاربردهایی مانند تثبیت کننده اشعه ماوراء بنفش و به عنوان یک عامل رسانا در تعداد زیادی از محصولات تخصصی را شامل می شود.

کاربردهای محبوب عبارتند از:

قالب گیری ترموپلاستیک- برخی از کاربردهای مهم کربن سیاه اینجا نشان استفاده می شود. کاربرد برجسته کربن سیاه در کاربردهای خودرویی یافت می شود.

تونرها و جوهرهای چاپ- کربن سیاه فرمولاسیون را بهبود می بخشد و انعطاف پذیری گسترده ای را از نظر نیازهای رنگی خاص ارائه می دهد. از کاربردهای کربن سیاه می‌توان به چاپ نامه، لیتوگرافی، گراور، فلکسوگرافی و چاپ روی صفحه اشاره کرد. در اینجا مهم است که بدانیم هر یک از این فرآیندها به ویژگی های عملکرد متفاوتی نیاز دارند.

پلاستیک- در کاربردهای مستربچ پلاستیکی، مانند فیلم ها، بسته بندی های رسانا، لوله ها، الیاف، قالب ها و ترکیبات کابل نیمه رسانا استفاده می شود.

جوهر فلکسوگرافی: این جوهر روان است و قابلیت خشک شدن فوری دارد. رئولوژی در اینجا یک عامل حیاتی است. رنگدانه های کربن سیاه با رنگدانه های جذب روغن کم ضروری هستند.

چاپ افست- استحکام رنگی بالا همراه با بارگذاری رنگدانه بالا، جریان صاف و ویسکوزیته ای که نسبتاً کار می کند برای استفاده از کربن سیاه مورد نیاز است. جوهر افست نباید با آب قابل اختلاط باشد. اگر نیاز به براقیت بالا باشد، رنگدانه های جذب روغن کمتر مورد نیاز است.

پوشش‌ها- رنگ‌های کربنی کاربردهای پوششی را از طریق رنگدانه، هدایت و محافظت در برابر اشعه ماوراء بنفش برای بخش‌هایی مانند صنایع دریایی و هوافضا ارائه می‌کنند. 

چاپ روی صفحه: فاکتورهای مهم عملکرد رئولوژی، ویسکوزیته کم هستند. این را می توان با رنگدانه های سیاه که ساختارهای بالاتری دارند به دست آورد. خاصیت چگالی نوری را می توان با بارگذاری سیاه رنگدانه کم به دست آورد.

محصولات لاستیکی و لاستیک های صنعتی- کربن سیاه برای استفاده هایی مانند لایه های داخلی برای لاستیک ها، دیواره های جانبی و آج ها و برای محصولات لاستیکی صنعتی با موارد استفاده شامل تسمه، شیلنگ و واشر استفاده می شود. در واقع بیشتر کربن سیاه تولید شده به تولید تقویت کننده برای استفاده در لاستیک ها و سایر محصولات لاستیکی می رود.

محدودیت های کربن سیاه

قرار گرفتن در معرض کربن سیاه در برخی موارد می تواند خطرناک باشد. کلاس های معمولی از مواد شیمیایی با ماهیت سرطان زا مانند هیدروکربن های آروماتیک چند حلقه ای ((PAHs، PAH های حاوی گوگرد، مشتقات نیترو PAH ها بر روی سطح کربن سیاه جذب می شوند.