El negro de humo es un polvo negro puro, también llamado humo de carbono. Se compone de carbono elemental, una forma amorfa de carbono. El principal material utilizado como base en muchas industrias es el negro de humo. La combustión de hidrocarburos con aire insuficiente produce negro de humo. A diferencia del hollín, el negro de humo no contiene contaminación inorgánica ni residuos orgánicos extraíbles.
Propiedades del negro de humo
El negro de humo puede considerarse el nanomaterial más utilizado. Consiste en estructuras microcristalinas con diámetros de decenas a cientos de nanómetros. La tabla siguiente ofrece una visión completa de las propiedades fisicoquímicas del negro de humo; resume las principales características y las propiedades que son relevantes en las industrias.
Tamaño de las partículas
El tamaño puede definirse como el diámetro medio de las partículas de negro de humo, que suele oscilar entre 10 y 200 nanómetros. Las dimensiones difieren en las distintas distribuciones de las partículas y están relacionadas con los distintos procesos de producción y la naturaleza de las materias primas.
Estructura
El negro de humo está formado por "partículas" o "nódulos" primarios que se fusionan en entidades coloidales rígidas denominadas agregados. Estos nódulos consisten en microapilamientos de grafito con su eje c perpendicular a la superficie.
Porosidad
Los poros del negro de humo son de dos tipos: microporosos y mesoporosos. Los primeros se refieren a poros de menos de 2nm, mientras que los segundos se refieren a poros de entre 2nm-50nm. Estos poros aumentan la resistencia al envejecimiento y a la abrasión del caucho.
Composición química
Los principales componentes del negro de humo son el carbono elemental (>97%), el hidrógeno, el oxígeno, el azufre y el nitrógeno.
Química de superficies
Los grupos funcionales de oxígeno (fenoles, quinonas, grupos carboxilo) en la superficie del negro de humo afectan a su reactividad, dispersión y propiedades eléctricas. La oxidación del negro de humo mejora la dispersión de los pigmentos de negro de humo, al tiempo que reduce el pH y altera la cinética de sulfatación.
Densidad
La densidad del negro de humo se sitúa entre la densidad aparente y la densidad real. Los distintos tipos de negros de humo tienen densidades de empaquetamiento diferentes. Entre ellos, el negro de humo vulcanizado y el pirolítico tienen densidades de empaquetamiento más altas, y el negro de humo tratado superficialmente en fase gaseosa tiene densidades de empaquetamiento más bajas.
Color
El negro de humo se divide generalmente en negro de humo de pigmentación alta, pigmentación media, pigmentación normal y pigmentación baja, según la intensidad del color y el tamaño de las partículas. Tiene un buen rendimiento de dispersión, poder colorante y gran poder cubriente.
Solubilidad
Tiene propiedades de disolución irreversibles y es difícil disolverlo en forma líquida. Sin embargo, el negro de humo real se disuelve parcialmente en algunas condiciones especiales.
Disipación del calor
La dispersión térmica del negro de humo afecta a las propiedades mecánicas, la resistencia al calor y la estabilidad oxidativa de los productos de caucho. La mezcla mecánica y el procesado en húmedo o en seco son métodos típicos para conseguir la dispersión del negro de humo. Los dispersantes, los modificadores de superficie y los métodos de procesamiento sofisticados suelen distribuirlo de forma más uniforme.
¿Para qué se utiliza el negro de humo?
Industrias del neumático y del caucho
El negro de humo también es un término genérico para una clase importante de productos de refuerzo para el caucho. En la actualidad, el mundo produce y consume 70% del suministro mundial de producción de negro de humo para la industria de los neumáticos de caucho. El negro de humo se añade a los neumáticos para aumentar su resistencia a la abrasión, mejorar su tracción o agarre al suelo y reforzarlos para aumentar su durabilidad y estabilidad.
Plásticos y revestimientos
Plásticos
El negro de carbón se utiliza en los siguientes plásticos: polietileno, polipropileno, cloruro de polivinilo y poliestirenomejorando propiedades mecánicas como la resistencia a la tracción y a la abrasión, la conductividad eléctrica y la resistencia al calor y a la intemperie.
Revestimientos
Desempeña un papel importante en revestimientos para la construcción, automóviles, vagones de ferrocarril y barcos. En general, los revestimientos requieren las siguientes propiedades: alto grado de oscuridad, buenas propiedades de fluidez y buena estabilidad frente a la sedimentación.
Conducción y materiales electrónicos
La conductividad del negro de humo está relacionada con la estructura, la superficie y la densidad del tamaño de las partículas, principalmente a través de los canales conductores y el mecanismo de emisión de campo.
Blindaje EMI
La conductividad puede conseguirse mediante los compuestos de negro de humo-polímero, en los que se utiliza principalmente negro de humo como materia prima principal, añadiendo determinadas cargas y adhesivos. Debido a sus cualidades conductoras, antiestáticas y de protección contra interferencias electromagnéticas, el negro de humo conductor también puede utilizarse en la producción de materiales de protección electromagnética.
Grados de negro de humo
Según el tamaño de las partículas, la estructura (como el área superficial y los valores DBPA) y las propiedades de uso, sus grados suelen dividirse en las siguientes categorías:
| Horno Super Abrasión Negro, SAF | Mínima granulometría y alta resistencia a la abrasión para bandas de rodadura especiales exigentes
|
| Horno de alta abrasión Negro, HAF | Granulometría ligeramente superior, que combina alta resistencia al desgaste y buena procesabilidad.
|
| Horno de alta abrasión de uso general Negro, GP-HAF | Granulometría media, alta resistencia a la abrasión |
| Horno Semireforzante Negro, SRF | Propiedades de refuerzo con alto módulo y baja expansión modal |
| Horno de uso general Negro, GPF | Negro de humo de uso general con módulo medio y buena resistencia a la fatiga por flexión |
| Negro térmico | Mayor tamaño de partícula, baja estructura |
¿Cómo se fabrica el negro de humo?
Carbón negro del horno
Se obtiene de la combustión incompleta del aceite de la materia prima en un reactor.
Canal Negro
Producida a partir de gas natural, tiene las ventajas de unas partículas diminutas, una gran superficie específica, una gran negrura y un fuerte poder colorante. Más grupos funcionales de oxígeno pueden retrasar el proceso de vulcanización del caucho para mejorar la fluidez y la imprimibilidad de la tinta.
Negro térmico
Se fabrica principalmente por craqueo a alta temperatura de gas natural en condiciones sin oxígeno y sin llama. La superficie específica de este negro de humo es baja, con escaso contenido de oxígeno en su superficie.
¿Cuál es el precio del negro de humo en el mercado?
Costes de materias primas
El negro de carbón utiliza principalmente materias primas producidas a través del alquitrán de hulla. Recientemente, la fluctuación del precio de mercado del alquitrán de hulla ha repercutido directamente en los costes de producción. En el mes de marzo de este año, por ejemplo, el precio del alquitrán de hulla subió 645 USD/tonelada, lo que disparó el coste del negro de humo.
Relación entre la oferta y la demanda en el mercado
Por lo tanto, a principios de 2024, los fabricantes de negro de humo de Asia previeron que la demanda aumentaría significativamente y, en consecuencia, incrementaron la producción. Sin embargo, pronto se vio que la tasa de aprovisionamiento real variaba respecto a lo estimado. Esto provocó un exceso de oferta en el mercado. Las condiciones del mercado han mejorado recientemente debido al final del trimestre, y los precios se están estabilizando a partir de ahora.
Negro de humo frente a grafito
Propiedades químicas
Las propiedades químicas del negro de humo son relativamente activas, mientras que las del grafito muestran estabilidad, resistencia a altas temperaturas y a la corrosión. Grafito muestra un comportamiento insoluble en el caso del agua y de los disolventes orgánicos. A altas temperaturas reacciona fácilmente con el oxígeno o el metal y forma óxidos o carburos, respectivamente.
Propiedades físicas
El grafito tiene diferentes estructuras de agregación en cadena o en forma de uva, y su aspecto principal es cristalino. Tanto el grafito como el negro de humo presentan una buena conductividad eléctrica.
Propiedades ópticas
El grafito es relativamente homogéneo en términos de negrura y tiene un alto poder de dispersión de la luz, por lo que no puede utilizarse como pigmento eficaz. La negrura del negro de humo procede principalmente de su capacidad para absorber la luz; por lo general, cuanto más fino es el tamaño de las partículas, mayor es la negrura.
Impacto medioambiental del negro de humo
Consumo de energía
El proceso de fabricación del negro de humo implica la combustión de enormes cantidades de energía, como petróleo y gas natural. Sin embargo, el consumo excesivo de energía provoca una sobreexplotación de los recursos y la emisión de gases de efecto invernadero.
Contaminación atmosférica
La producción de negro de humo emite COV y partículas que contribuyen a degradar la calidad del aire.
Sustitución y sostenibilidad
Debido a la naturaleza del proceso de creación del negro de humo, existe la posibilidad de utilizar energía limpia solar y eólica, además de incorporar residuos usados y materiales ecológicos alternativos.
Conclusión
El negro de humo es una sustancia indispensable en la industria moderna. Debido a su elevada coloración, alta conductividad eléctrica y buena dispersión térmica, ha adquirido gran importancia en cauchos, plásticos, revestimientos, tintas, etc. El negro de humo puede satisfacer las necesidades de diferentes industrias en relación con la contaminación ambiental causada por la producción, y aún es necesario explorar cómo mejorarlo.
ES 
EN 
RU 
TR 
FR 
DE 
KO 
UK 
JA 
PT 
CEB 
AZ 
BN 
VI 
ES_ES 
ID 
IT 
ES_AR 
HI 
AR