Apa yang dimaksud dengan Karbon Hitam? Panduan Mudah untuk Dasar-dasarnya

Karbon hitam adalah bubuk hitam murni, dan juga disebut sebagai asap karbon. Terdiri dari unsur karbon, sebuah bentuk amorf dari karbon. Bahan utama yang digunakan sebagai bahan dasar dalam banyak industri adalah karbon hitam. Pembakaran hidrokarbon di udara yang tidak memadai menghasilkan karbon hitam. Tidak seperti jelaga, karbon hitam tidak mengandung kontaminasi anorganik dan residu organik yang dapat diekstraksi.

Sifat-sifat Karbon Hitam

Karbon hitam dapat dianggap sebagai bahan nano yang paling banyak digunakan. Material ini terdiri dari struktur mikrokristalin dengan diameter puluhan hingga ratusan nanometer. Tabel di bawah ini memberikan gambaran lengkap tentang sifat fisika-kimia karbon hitam; tabel ini merangkum karakteristik utama dan sifat-sifat yang relevan dalam industri.

Ukuran Partikel

Ukuran dapat didefinisikan sebagai diameter rata-rata partikel karbon hitam, yang biasanya terdiri atas segala sesuatu dari 10 hingga 200 nanometer. Dimensi berbeda dalam berbagai distribusi partikel dan berhubungan dengan proses produksi yang berbeda dan sifat bahan baku.

Struktur

Karbon hitam terdiri dari "partikel" atau "nodul" primer yang menyatu menjadi entitas koloid kaku yang disebut agregat. Nodul ini terdiri dari tumpukan grafit mikro dengan sumbu c yang tegak lurus terhadap permukaan.

Porositas

Pori-pori karbon hitam terdiri atas dua jenis: mikro dan mesopori. Yang pertama mengacu pada ukuran pori kurang dari 2nm, sedangkan yang kedua mengacu pada pori antara 2nm-50nm. Pori-pori di dalamnya meningkatkan ketahanan terhadap penuaan dan abrasi pada karet.

Komposisi kimia

Komponen utama karbon hitam adalah unsur karbon (>97%), hidrogen, oksigen, sulfur, dan nitrogen.

Kimia Permukaan

Gugus fungsi oksigen (fenol, kuinon, gugus karboksil) pada permukaan karbon hitam memengaruhi reaktivitas, dispersi, dan sifat kelistrikannya. Oksidasi karbon hitam meningkatkan dispersi pigmen karbon hitam sekaligus menurunkan pH dan mengubah kinetika sulfasi.

Kepadatan

Kepadatan karbon hitam berada di antara kepadatan curah dan kepadatan aktual. Berbagai jenis karbon hitam memiliki kepadatan kemasan yang berbeda. Diantaranya, karbon hitam vulkanisir dan pirolitik memiliki kepadatan pengemasan yang lebih tinggi, dan karbon hitam yang diberi perlakuan permukaan fase gas memiliki kepadatan pengemasan yang lebih rendah.

Warna

Karbon hitam umumnya dibagi menjadi karbon hitam berpigmen tinggi, berpigmen sedang, berpigmen biasa, dan berpigmen rendah menurut kekuatan warna dan ukuran partikel. Ini memiliki kinerja dispersi yang baik, daya pewarnaan, dan daya penutup yang kuat.

Kelarutan

Karbon hitam memiliki sifat pelarutan yang tidak dapat dipulihkan dan sulit untuk dilarutkan ke dalam bentuk cair. Namun demikian, karbon hitam yang sesungguhnya dapat larut sebagian dalam beberapa kondisi khusus.

Pembuangan Panas

Dispersi termal karbon hitam memengaruhi sifat mekanik, ketahanan panas, dan stabilitas oksidatif produk karet. Pencampuran mekanis dan pemrosesan basah atau kering adalah metode yang umum digunakan untuk mencapai dispersi karbon hitam. Dispersan, pengubah permukaan, dan metode pemrosesan yang canggih sering kali mendistribusikannya secara lebih merata.

Untuk Apa Karbon Hitam Digunakan?

Industri Ban dan Karet

Karbon hitam juga merupakan istilah umum untuk kelas utama produk penguat karet. Saat ini, dunia memproduksi dan mengkonsumsi 70% pasokan produksi karbon hitam dunia untuk industri ban karet. Karbon hitam ditambahkan ke ban untuk meningkatkan ketahanan abrasi ban, meningkatkan traksi atau cengkeraman ban di tanah, dan untuk memperkuat ban untuk kinerja dalam daya tahan dan stabilitas.

Plastik dan Pelapis

 Plastik

Karbon hitam digunakan dalam plastik berikut ini: polietilen, polipropilen, polivinil klorida, dan polistirenmeningkatkan sifat mekanik seperti ketahanan tarik dan abrasi, memberikan konduktivitas listrik, dan ketahanan terhadap panas dan cuaca.

Pelapis

Ini memainkan peran penting dalam pelapis untuk konstruksi, mobil, gerbong kereta api, dan kapal. Secara umum, pelapis membutuhkan sifat-sifat berikut: tingkat kehitaman yang tinggi, sifat aliran yang baik, dan stabilitas yang baik terhadap pengendapan.

Bahan Konduksi dan Elektronik

Konduktivitas karbon hitam terkait dengan struktur, permukaan, dan kerapatan ukuran partikel, terutama melalui saluran konduktif dan mekanisme emisi medan.

Pelindung EMI

Konduktivitas dapat diwujudkan dengan komposit polimer karbon hitam-karbon, terutama karbon hitam yang digunakan sebagai bahan baku utama, dengan menambahkan bahan pengisi dan perekat tertentu. Karena kualitas perisai interferensi konduktif, antistatis dan elektromagnetik, karbon hitam konduktif juga dapat digunakan dalam memproduksi bahan perisai elektromagnetik.

Nilai karbon hitam

Berdasarkan ukuran partikel, struktur (seperti luas permukaan dan nilai DBPA), dan sifat penggunaan, nilainya biasanya dibagi ke dalam kategori berikut:

Bagaimana karbon hitam dibuat?

Tungku Karbon Hitam

Ini berasal dari pembakaran yang tidak sempurna dari bahan baku minyak dalam reaktor.

Saluran Hitam

Tinta yang dihasilkan dari gas alam memiliki keunggulan partikel kecil, luas permukaan spesifik yang besar, tingkat kehitaman yang tinggi, dan kekuatan warna yang kuat. Lebih banyak gugus fungsi oksigen dapat menunda proses vulkanisasi karet untuk meningkatkan fluiditas dan kemampuan cetak tinta.

Hitam Termal

Karbon hitam ini terutama diproduksi oleh perengkahan gas alam bersuhu tinggi dalam kondisi bebas oksigen dan bebas api. Luas permukaan spesifik karbon hitam ini rendah, dengan kandungan oksigen yang rendah pada permukaannya.

Berapa harga Karbon hitam di pasar?

Biaya bahan baku

Karbon hitam terutama menggunakan bahan baku yang diproduksi melalui tar batubara. Baru-baru ini, harga pasar tar batubara yang berfluktuasi secara langsung berdampak pada biaya produksi. Pada bulan Maret tahun ini, misalnya, harga tar batubara melonjak sebesar 645 USD/ton, sehingga meningkatkan biaya produksi karbon hitam.

Hubungan Penawaran dan Permintaan Pasar

Oleh karena itu, pada awal tahun 2024, produsen karbon hitam di Asia mengantisipasi permintaan yang meningkat secara signifikan dan dengan demikian meningkatkan produksinya. Namun, segera terlihat bahwa tingkat pengadaan yang sebenarnya bervariasi dari yang diperkirakan. Hal ini menyebabkan kelebihan pasokan di pasar. Kondisi pasar baru-baru ini membaik karena akhir kuartal, dan harga selanjutnya menjadi stabil.

Karbon hitam vs Grafit

Sifat kimiawi

Sifat kimia Karbon Hitam relatif aktif, sedangkan sifat kimia grafit menggambarkan stabilitas, suhu tinggi dan ketahanan terhadap korosi. Grafit menunjukkan perilaku tidak larut dalam air dan pelarut organik. Pada suhu tinggi, ia mudah bereaksi dengan oksigen atau logam dan membentuk oksida atau karbida.

Sifat Fisik

Grafit memiliki struktur rantai atau agregasi seperti anggur yang berbeda, dan penampilan utamanya adalah kristal. Baik grafit maupun karbon hitam menunjukkan konduktivitas listrik yang baik.

Properti Optik

Grafit relatif homogen dari segi kehitaman dan memiliki daya hamburan cahaya yang tinggi, dan karenanya tidak dapat digunakan sebagai pigmen yang efektif. Kehitaman karbon hitam terutama berasal dari kemampuannya menyerap cahaya; pada umumnya, semakin halus ukuran partikelnya, semakin tinggi tingkat kehitamannya.

Dampak lingkungan karbon hitam

Konsumsi energi

Proses pembuatan karbon hitam melibatkan pembakaran energi dalam jumlah besar seperti minyak dan gas alam. Namun, konsumsi daya yang berlebihan mengakibatkan penggunaan sumber daya yang berlebihan dan emisi gas rumah kaca.

Polusi udara

Produksi karbon hitam mengeluarkan VOC bersama dengan materi partikulat, yang merupakan kontributor terhadap penurunan kualitas udara.

Substitusi dan Keberlanjutan

Karena sifat dari proses pembuatan karbon hitam, ada kemampuan untuk memanfaatkan energi bersih matahari dan angin selain menggabungkan limbah bekas dan bahan hijau alternatif.

Kesimpulan

Karbon hitam adalah zat yang sangat diperlukan dalam industri modern. Karena pewarnaannya yang tinggi, konduktivitas listrik yang tinggi, dan dispersi termal yang baik, zat ini menjadi sangat penting dalam karet, plastik, pelapis, tinta, dll. Karbon hitam dapat memenuhi kebutuhan industri yang berbeda sehubungan dengan pencemaran lingkungan yang disebabkan oleh produksi, dan masih ada kebutuhan untuk mengeksplorasi cara memperbaikinya.