카본 블랙이란 무엇인가요? 기본에 대한 쉬운 가이드

카본 블랙은 순수한 검은색 분말로, 탄소 연기라고도 불립니다. 카본 블랙은 무정형 형태의 원소 탄소로 구성되어 있습니다. 탄소. 많은 산업에서 기본으로 사용되는 주요 재료는 카본 블랙입니다. 탄화수소의 불충분한 공기 연소는 카본 블랙을 생성합니다. 그을음과 달리 카본 블랙에는 무기 오염 및 추출 가능한 유기 잔류물이 포함되어 있지 않습니다.

카본 블랙의 특성

카본 블랙은 가장 널리 사용되는 나노 물질로 간주할 수 있습니다. 카본 블랙은 직경이 수십 나노미터에서 수백 나노미터에 이르는 미세 결정 구조로 이루어져 있습니다. 아래 표는 카본 블랙의 물리화학적 특성에 대한 전체 개요를 제공하며, 주요 특징과 산업과 관련된 특성을 요약한 것입니다.

입자 크기

크기는 카본 블랙 입자의 평균 지름으로 정의할 수 있으며, 일반적으로 10~200나노미터로 구성됩니다. 크기는 입자의 다양한 분포 내에서 다르며 다양한 생산 공정 및 원료의 특성과 관련이 있습니다.

구조

카본 블랙은 응집체라고 불리는 단단한 콜로이드 개체로 융합되는 1차 '입자' 또는 '결절'로 구성됩니다. 이러한 결절은 표면과 수직인 C축을 가진 미세 흑연 스택으로 구성됩니다.

다공성

카본 블랙 기공은 미세 다공성과 메조 다공성의 두 가지 유형이 있습니다. 전자는 기공 크기가 2nm 미만인 것을 말하며, 후자는 2nm-50nm 사이의 기공을 말합니다. 이러한 기공은 고무의 노화 및 내마모성을 높입니다.

화학 성분

카본 블랙의 주요 구성 요소는 원소 탄소(>97%), 수소, 산소, 황, 질소입니다.

표면 화학

카본 블랙 표면의 산소 작용기(페놀, 퀴논, 카르복실기)는 반응성, 분산성, 전기적 특성에 영향을 미칩니다. 카본 블랙 산화는 카본 블랙 안료의 분산을 개선하는 동시에 pH를 낮추고 황산화 동역학을 변경합니다.

밀도

카본 블랙의 밀도는 부피 밀도와 실제 밀도 사이에 있습니다. 카본 블랙의 종류에 따라 패킹 밀도가 다릅니다. 그중 가황 및 열분해 카본 블랙은 패킹 밀도가 높고, 기체상 표면 처리된 카본 블랙은 패킹 밀도가 낮습니다.

색상

카본 블랙은 일반적으로 색상 강도와 입자 크기에 따라 고착색, 중간 착색, 일반 착색 및 저착색 카본 블랙으로 나뉩니다. 분산 성능과 착색력이 우수하고 커버력이 강합니다.

용해성

비가역적 용해 특성을 가지고 있으며 액체 형태로 용해하기 어렵습니다. 그러나 실제 카본 블랙은 몇 가지 특수한 조건에서 부분적으로 용해됩니다.

열 방출

카본 블랙의 열 분산은 고무 제품의 기계적 특성, 내열성 및 산화 안정성에 영향을 미칩니다. 기계적 혼합과 습식 또는 건식 가공은 카본 블랙 분산을 달성하는 일반적인 방법입니다. 분산제, 표면 개질제, 정교한 가공 방법을 사용하면 카본 블랙을 더 고르게 분산시킬 수 있습니다.

카본 블랙은 어떤 용도로 사용되나요?

타이어 및 고무 산업

카본 블랙은 고무용 주요 강화 제품의 총칭이기도 합니다. 현재 전 세계는 고무 타이어 산업을 위해 전 세계 카본 블랙 생산량의 70%를 생산하고 소비하고 있습니다. 카본 블랙은 타이어의 내마모성을 높이고, 타이어의 접지력이나 지면 접지력을 향상시키며, 타이어의 내구성과 안정성을 강화하기 위해 타이어에 첨가됩니다.

플라스틱 및 코팅

 플라스틱

카본 블랙은 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리염화비닐, 그리고 다음과 같은 플라스틱에 사용됩니다. 폴리스티렌인장 및 내마모성과 같은 기계적 특성을 개선하고 전기 전도성, 내열성 및 내후성을 제공합니다.

코팅

다음에서 중요한 역할을 합니다. 코팅 건설, 자동차, 철도 차량, 선박 등에 사용됩니다. 일반적으로 코팅은 높은 흑도, 우수한 유동성, 침전물에 대한 우수한 안정성 등의 특성이 필요합니다.

전도 및 전자 재료

카본 블랙의 전도도는 주로 전도성 채널과 전계 방출 메커니즘을 통해 구조, 표면 및 입자 크기 밀도와 관련이 있습니다.

EMI 차폐

전도성은 카본 블랙-폴리머의 복합체에 의해 실현될 수 있으며, 주로 카본 블랙이 주원료로 사용되며 특정 필러와 접착제를 첨가합니다. 전도성, 정전기 방지 및 전자기 간섭 차폐 특성으로 인해 전도성 카본 블랙은 전자기 차폐 재료 생산에도 사용할 수 있습니다.

카본 블랙 등급

입자 크기, 구조(표면적 및 DBPA 값 등), 사용 특성에 따라 일반적으로 다음과 같은 등급으로 나뉩니다:

카본 블랙은 어떻게 만들어지나요?

용광로 블랙 카본

이는 원자로에서 원료 오일이 불완전 연소되는 과정에서 발생합니다.

채널 블랙

천연 가스에서 생산되는 이 잉크는 입자가 작고 비표면적이 크며 흑도가 높고 발색력이 강하다는 장점이 있습니다. 산소 작용기가 많을수록 고무 가황 과정을 지연시켜 잉크의 유동성과 인쇄성을 향상시킬 수 있습니다.

써멀 블랙

주로 산소가 없고 화염이 없는 조건에서 고온의 천연가스를 분해하여 제조합니다. 이 카본 블랙의 비표면적이 낮고 표면의 산소 함량이 낮습니다.

카본 블랙의 시장 가격은 얼마인가요?

원자재 비용

카본 블랙은 주로 콜타르를 통해 생산된 원료를 사용합니다. 최근 콜타르의 시장 가격 변동은 생산 비용에 직접적인 영향을 미쳤습니다. 예를 들어, 올해 3월 한 달 동안 콜타르 가격은 톤당 645달러까지 급등하여 카본 블랙의 원가를 상승시켰습니다.

시장 수요와 공급 관계

따라서 2024년 초 아시아의 카본 블랙 제조업체들은 수요가 크게 증가할 것으로 예상하고 이에 따라 생산량을 늘렸습니다. 그러나 곧 실제 조달률이 예상과 다르다는 사실을 알게 되었습니다. 이로 인해 시장에 공급 과잉이 발생했습니다. 최근 분기 말부터 시장 상황이 개선되어 가격이 안정화되고 있습니다.

카본 블랙 대 흑연

화학적 특성

카본 블랙의 화학적 특성은 상대적으로 활동적인 반면, 흑연의 화학적 특성은 안정성, 고온 및 내식성을 나타냅니다. 흑연 는 물과 유기 용매의 경우 불용성 거동을 보입니다. 고온에서는 산소 또는 금속과 쉽게 반응하여 각각 산화물 또는 탄화물을 형성합니다.

물리적 속성

흑연은 다양한 사슬 또는 포도 모양의 응집 구조를 가지고 있으며, 주요 외관은 결정질입니다. 흑연과 카본 블랙은 모두 우수한 전기 전도성을 보여줍니다.

광학 속성

흑연은 검은색이 비교적 균일하고 빛의 산란력이 높기 때문에 효과적인 안료로 사용할 수 없습니다. 카본 블랙의 검은색은 주로 빛을 흡수하는 능력에서 비롯되며, 일반적으로 입자 크기가 미세할수록 검은색이 강해집니다.

카본 블랙 환경 영향

에너지 소비

카본 블랙의 제조 공정에는 석유와 천연가스 등 막대한 양의 에너지가 연소됩니다. 그러나 전력의 과소비는 자원의 과잉 사용과 온실가스 배출을 초래합니다.

대기 오염

카본 블랙 생산은 대기질 악화의 원인인 미세먼지 물질과 함께 휘발성 유기화합물(VOC)을 배출합니다.

대체 및 지속 가능성

카본 블랙을 만드는 공정의 특성상 청정에너지인 태양열과 풍력을 활용할 수 있을 뿐만 아니라 사용한 폐기물 및 대체 친환경 소재를 사용할 수 있습니다.

결론

카본 블랙은 현대 산업에서 없어서는 안 될 물질입니다. 높은 착색력, 높은 전기 전도성, 우수한 열 분산성으로 인해 고무, 플라스틱, 코팅, 잉크 등에서 매우 중요하게 사용되고 있습니다. 카본 블랙은 생산으로 인한 환경 오염과 관련하여 다양한 산업의 요구를 충족시킬 수 있으며, 이를 개선하는 방법을 모색해야 할 필요성이 여전히 존재합니다.