Τι είναι το Carbon Black; Εύκολος οδηγός για τα βασικά

Η αιθάλη είναι μια καθαρή μαύρη σκόνη και έχει επίσης ονομαστεί ως καπνός άνθρακα. Αποτελείται από στοιχειακό άνθρακα, μια άμορφη μορφή του άνθρακας. Το κύριο υλικό που χρησιμοποιείται ως βάση σε πολλές βιομηχανίες είναι η αιθάλη. Η καύση υδρογονανθράκων με ανεπαρκή αέρα παράγει αιθάλη. Σε αντίθεση με την αιθάλη, η αιθάλη δεν περιέχει ανόργανη μόλυνση και εκχυλίσιμα οργανικά κατάλοιπα.

Ιδιότητες του Μαύρου Άνθρακα

Η αιθάλη μπορεί να θεωρηθεί το πιο ευρέως χρησιμοποιούμενο νανοϋλικό. Αποτελείται από μικροκρυσταλλικές δομές με διάμετρο από δεκάδες έως εκατοντάδες νανόμετρα. Ο παρακάτω πίνακας παρέχει μια πλήρη επισκόπηση των φυσικοχημικών ιδιοτήτων της αιθάλης- συνοψίζει τα κύρια χαρακτηριστικά και τις ιδιότητες που είναι σημαντικές στις βιομηχανίες.

Μέγεθος σωματιδίων

Το μέγεθος μπορεί να οριστεί ως η μέση διάμετρος των σωματιδίων αιθάλης, η οποία συνήθως αποτελείται από 10 έως 200 νανόμετρα. Οι διαστάσεις διαφέρουν σε διάφορες κατανομές των σωματιδίων και σχετίζονται με διαφορετικές διαδικασίες παραγωγής και τη φύση των πρώτων υλών.

Δομή

Η αιθάλη αποτελείται από πρωτογενή "σωματίδια" ή "κόμβους" που συνενώνονται σε άκαμπτες κολλοειδείς οντότητες που ονομάζονται συσσωματώματα. Αυτά τα οζίδια αποτελούνται από μικροσυσσωρεύσεις γραφίτη με τον άξονα c κάθετο στην επιφάνεια.

Πορώδες

Οι πόροι της αιθάλης διακρίνονται σε δύο τύπους: μικροπορώδεις και μεσοπορώδεις. Ο πρώτος αναφέρεται σε μέγεθος πόρων μικρότερο από 2nm, ενώ ο δεύτερος αναφέρεται σε πόρους μεταξύ 2nm-50nm. Αυτοί οι πόροι σε αυτό αυξάνουν την αντοχή του καουτσούκ στη γήρανση και την τριβή.

Χημική σύνθεση

Τα κύρια συστατικά της αιθάλης είναι ο στοιχειακός άνθρακας (>97%), το υδρογόνο, το οξυγόνο, το θείο και το άζωτο.

Χημεία επιφάνειας

Οι λειτουργικές ομάδες οξυγόνου (φαινόλες, κινόνες, καρβοξυλομάδες) στην επιφάνεια της αιθάλης επηρεάζουν την αντιδραστικότητα, τη διασπορά και τις ηλεκτρικές ιδιότητές της. Η οξείδωση της αιθάλης βελτιώνει τη διασπορά των χρωστικών της αιθάλης, ενώ παράλληλα μειώνει το pH και μεταβάλλει την κινητική της θείωσης.

Πυκνότητα

Η πυκνότητα της αιθάλης βρίσκεται μεταξύ της πυκνότητας χύδην και της πραγματικής πυκνότητας. Διαφορετικοί τύποι αιθάλης έχουν διαφορετικές πυκνότητες συσκευασίας. Μεταξύ αυτών, η βουλκανισμένη και η πυρολυτική αιθάλη έχουν υψηλότερες πυκνότητες συσκευασίας, ενώ η αιθάλη που έχει υποστεί επιφανειακή επεξεργασία με αέρια φάση έχει χαμηλότερες πυκνότητες συσκευασίας.

Χρώμα

Η αιθάλη χωρίζεται γενικά σε υψηλής χρωστικής, μέσης χρωστικής, συνηθισμένης χρωστικής και χαμηλής χρωστικής, ανάλογα με την ένταση του χρώματος και το μέγεθος των σωματιδίων. Έχει καλή απόδοση διασποράς, χρωματική δύναμη και ισχυρή καλυπτική δύναμη.

Διαλυτότητα

Έχει μη αναστρέψιμες ιδιότητες διάλυσης και είναι δύσκολο να διαλυθεί σε υγρή μορφή. Ωστόσο, η πραγματική αιθάλη διαλύεται μερικώς υπό ορισμένες ειδικές συνθήκες.

Διασπορά θερμότητας

Η θερμική διασπορά της αιθάλης επηρεάζει τις μηχανικές ιδιότητες των προϊόντων από καουτσούκ, την αντοχή στη θερμότητα και την οξειδωτική σταθερότητα. Η μηχανική ανάμιξη και η υγρή ή ξηρή επεξεργασία είναι τυπικές μέθοδοι για την επίτευξη διασποράς αιθάλης. Οι διασκορπιστές, οι τροποποιητές επιφάνειας και οι εξελιγμένες μέθοδοι επεξεργασίας συχνά τον διανέμουν πιο ομοιόμορφα.

Για ποιο λόγο χρησιμοποιείται το Carbon Black;

Βιομηχανίες ελαστικών και καουτσούκ

Η αιθάλη είναι επίσης ένας γενικός όρος για μια σημαντική κατηγορία προϊόντων ενίσχυσης του καουτσούκ. Σήμερα, ο κόσμος παράγει και καταναλώνει 70% της παγκόσμιας προσφοράς αιθάλης για τη βιομηχανία ελαστικών από καουτσούκ. Η αιθάλη προστίθεται στα ελαστικά προκειμένου να ενισχυθεί η αντίσταση του ελαστικού στην τριβή, να βελτιωθεί η πρόσφυση ή η πρόσφυση του ελαστικού στο έδαφος και να ενισχυθεί το ελαστικό για απόδοση ανθεκτικότητας και σταθερότητας.

Πλαστικά και επιστρώσεις

 Πλαστικά

Η αιθάλη χρησιμοποιείται στα ακόλουθα πλαστικά: πολυαιθυλένιο, πολυπροπυλένιο, πολυβινυλοχλωρίδιο και πολυστερίνη, βελτιώνοντας μηχανικές ιδιότητες όπως η αντοχή σε εφελκυσμό και τριβή, δίνοντας ηλεκτρική αγωγιμότητα και αντοχή στη θερμότητα και τις καιρικές συνθήκες.

Επιχρίσματα

Παίζει σημαντικό ρόλο στην επιστρώσεις για κατασκευές, αυτοκίνητα, σιδηροδρομικά βαγόνια και πλοία. Γενικά, τα επιχρίσματα απαιτούν τις ακόλουθες ιδιότητες: υψηλή μαυρίλα, καλές ιδιότητες ροής και καλή σταθερότητα έναντι καθίζησης.

Αγωγιμότητα και ηλεκτρονικά υλικά

Η αγωγιμότητα της αιθάλης σχετίζεται με τη δομή, την επιφάνεια και την πυκνότητα μεγέθους σωματιδίων, κυρίως μέσω αγώγιμων καναλιών και μηχανισμού εκπομπής πεδίου.

Θωράκιση EMI

Η αγωγιμότητα μπορεί να υλοποιηθεί με τα σύνθετα υλικά από αιθάλη-πολυμερές, κυρίως αιθάλη που χρησιμοποιείται ως κύρια πρώτη ύλη, προσθέτοντας ορισμένα πληρωτικά και συγκολλητικά. Λόγω των αγώγιμων, αντιστατικών και ηλεκτρομαγνητικών ιδιοτήτων του, η αγώγιμη αιθάλη μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί για την παραγωγή υλικών ηλεκτρομαγνητικής θωράκισης.

Βαθμοί αιθάλης

Με βάση το μέγεθος των σωματιδίων, τη δομή (όπως η επιφάνεια και οι τιμές DBPA) και τις ιδιότητες χρήσης, οι ποιότητές του χωρίζονται συνήθως στις ακόλουθες κατηγορίες:

Πώς παρασκευάζεται η αιθάλη;

Μαύρος άνθρακας φούρνου

Προέρχεται από ατελή καύση της πρώτης ύλης πετρελαίου σε αντιδραστήρα.

Κανάλι Μαύρο

Παράγεται από φυσικό αέριο και έχει τα πλεονεκτήματα των μικροσκοπικών σωματιδίων, της μεγάλης ειδικής επιφάνειας, της υψηλής μαυρίλας και της ισχυρής χρωματικής δύναμης. Περισσότερες λειτουργικές ομάδες οξυγόνου μπορούν να καθυστερήσουν τη διαδικασία βουλκανισμού του καουτσούκ για να βελτιώσουν τη ρευστότητα και την εκτυπώσιμη ικανότητα του μελανιού.

Θερμικό μαύρο

Παρασκευάζεται κυρίως με πυρόλυση φυσικού αερίου υψηλής θερμοκρασίας υπό συνθήκες χωρίς οξυγόνο και φλόγα. Η ειδική επιφάνεια αυτής της αιθάλης είναι χαμηλή, με χαμηλή περιεκτικότητα σε οξυγόνο στην επιφάνειά της.

Ποια είναι η τιμή του Carbon black στην αγορά;

Κόστος πρώτων υλών

Η αιθάλη χρησιμοποιεί κυρίως πρώτες ύλες που παράγονται από πίσσα άνθρακα. Πρόσφατα, η κυμαινόμενη τιμή της πίσσας άνθρακα στην αγορά επηρέασε άμεσα το κόστος παραγωγής. Τον Μάρτιο του τρέχοντος έτους, για παράδειγμα, η τιμή της πίσσας άνθρακα αυξήθηκε κατά 645 δολάρια ΗΠΑ ανά τόνο, ανεβάζοντας το κόστος της αιθάλης.

Σχέση προσφοράς και ζήτησης στην αγορά

Ως εκ τούτου, στις αρχές του 2024, οι κατασκευαστές αιθάλης στην Ασία ανέμεναν ότι η ζήτηση θα αυξηθεί σημαντικά και, ως εκ τούτου, αύξησαν ανάλογα την παραγωγή. Ωστόσο, σύντομα διαπιστώθηκε ότι ο πραγματικός ρυθμός προμήθειας διέφερε από αυτόν που είχε εκτιμηθεί. Αυτό προκάλεσε υπερπροσφορά στην αγορά. Οι συνθήκες της αγοράς βελτιώθηκαν πρόσφατα λόγω του τέλους του τριμήνου και οι τιμές σταθεροποιούνται εφεξής.

Μαύρος άνθρακας vs γραφίτης

Χημικές ιδιότητες

Οι χημικές ιδιότητες του Carbon Black είναι σχετικά ενεργές, ενώ οι χημικές ιδιότητες του γραφίτη απεικονίζουν σταθερότητα, αντοχή σε υψηλές θερμοκρασίες και διάβρωση. Γραφίτης παρουσιάζει μη διαλυτή συμπεριφορά στην περίπτωση του νερού και των οργανικών διαλυτών. Σε υψηλές θερμοκρασίες αντιδρά εύκολα με οξυγόνο ή μέταλλο και σχηματίζει οξείδια ή καρβίδια αντίστοιχα.

Φυσικές ιδιότητες

Ο γραφίτης έχει διαφορετικές δομές συσσωμάτωσης αλυσίδων ή σταφυλιών και η κύρια εμφάνισή τους είναι κρυσταλλική. Τόσο ο γραφίτης όσο και η αιθάλη παρουσιάζουν καλή ηλεκτρική αγωγιμότητα.

Οπτικές ιδιότητες

Ο γραφίτης είναι σχετικά ομοιογενής όσον αφορά το μαύρο χρώμα και έχει υψηλή δύναμη σκέδασης του φωτός και, ως εκ τούτου, δεν μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως αποτελεσματική χρωστική ουσία. Η μαυρίλα της αιθάλης προέρχεται κυρίως από την ικανότητά της να απορροφά το φως- γενικά, όσο λεπτότερο είναι το μέγεθος των σωματιδίων, τόσο μεγαλύτερη είναι η μαυρίλα.

Επιπτώσεις στο περιβάλλον από αιθάλη

Κατανάλωση ενέργειας

Η διαδικασία παραγωγής αιθάλης περιλαμβάνει την καύση τεράστιων ποσοτήτων ενέργειας, όπως το πετρέλαιο και το φυσικό αέριο. Ωστόσο, η υπερκατανάλωση ενέργειας έχει ως αποτέλεσμα την υπερκατανάλωση πόρων και την εκπομπή αερίων του θερμοκηπίου.

Ατμοσφαιρική ρύπανση

Η παραγωγή αιθάλης εκπέμπει πτητικές οργανικές ενώσεις μαζί με αιωρούμενα σωματίδια, τα οποία συμβάλλουν στην υποβάθμιση της ποιότητας του αέρα.

Υποκατάσταση και βιωσιμότητα

Λόγω της φύσης της διαδικασίας δημιουργίας αιθάλης, υπάρχει η δυνατότητα να χρησιμοποιηθεί καθαρή ηλιακή και αιολική ενέργεια, εκτός από την ενσωμάτωση χρησιμοποιημένων αποβλήτων και εναλλακτικών πράσινων υλικών.

Συμπέρασμα

Η αιθάλη είναι μια απαραίτητη ουσία στη σύγχρονη βιομηχανία. Λόγω του υψηλού χρωματισμού, της υψηλής ηλεκτρικής αγωγιμότητας και της καλής θερμικής διασποράς, έχει αποκτήσει μεγάλη σημασία στο καουτσούκ, τα πλαστικά, τις επιστρώσεις, τα μελάνια κ.λπ. Η αιθάλη μπορεί να καλύψει τις ανάγκες των διαφόρων βιομηχανιών σε σχέση με τη ρύπανση του περιβάλλοντος που προκαλείται από την παραγωγή και εξακολουθεί να υπάρχει ανάγκη να διερευνηθεί ο τρόπος βελτίωσής της.