Wat is roet? Eenvoudige basisgids

Carbon black is een zuiver zwart poeder en wordt ook wel koolstofdamp genoemd. Het bestaat uit elementaire koolstof, een amorfe vorm van koolstof. Het belangrijkste materiaal dat in veel industrieën als basis wordt gebruikt, is roet. Bij onvoldoende luchtverbranding van koolwaterstoffen ontstaat roet. In tegenstelling tot roet bevat roet geen anorganische verontreiniging en extraheerbare organische resten.

Eigenschappen van zwarte koolstof

Carbon black kan worden beschouwd als het meest gebruikte nanomateriaal. Het bestaat uit microkristallijne structuren met diameters van tientallen tot honderden nanometers. De tabel hieronder geeft een compleet overzicht van de fysisch-chemische eigenschappen van carbonzwart; het vat de belangrijkste kenmerken en de eigenschappen die relevant zijn in de industrie samen.

Deeltjesgrootte

De grootte kan worden gedefinieerd als de gemiddelde diameter van koolstofzwarte deeltjes, die meestal 10 tot 200 nanometer groot is. De afmetingen verschillen binnen verschillende verdelingen van de deeltjes en hebben te maken met verschillende productieprocessen en de aard van de grondstoffen.

Structuur

Carbon black bestaat uit primaire "deeltjes" of "knobbeltjes" die samensmelten tot starre colloïdale entiteiten die aggregaten worden genoemd. Deze knobbeltjes bestaan uit micrografietstapeltjes met hun c-as loodrecht op het oppervlak.

Poreusheid

Carbon black poriën zijn er in twee soorten: microporeus en mesoporeus. De eerste verwijst naar poriën met een grootte van minder dan 2 nm, terwijl de tweede verwijst naar poriën tussen 2 nm-50 nm. Dergelijke poriën verhogen de verouderings- en slijtvastheid van het rubber.

Chemische samenstelling

De hoofdbestanddelen van roet zijn elementaire koolstof (>97%), waterstof, zuurstof, zwavel en stikstof.

Oppervlaktechemie

Zuurstof functionele groepen (fenolen, chinonen, carboxylgroepen) op het oppervlak van roet beïnvloeden de reactiviteit, dispersie en elektrische eigenschappen. Carbon black oxidatie verbetert de dispersie van carbon black pigmenten terwijl het ook de pH verlaagt en de sulfatiekinetiek verandert.

Dichtheid

De dichtheid van carbon black ligt tussen bulkdichtheid en werkelijke dichtheid in. Verschillende soorten carbon black hebben verschillende verpakkingsdichtheden. Zo hebben gevulkaniseerd en pyrolytisch roet een hogere verpakkingsdichtheid en heeft gasfase-oppervlaktebehandeld roet een lagere verpakkingsdichtheid.

Kleur

Carbon black wordt over het algemeen onderverdeeld in hoog gepigmenteerd, medium gepigmenteerd, gewoon gepigmenteerd en laag gepigmenteerd carbon black op basis van kleursterkte en deeltjesgrootte. Het heeft goede dispersieprestaties, kleurkracht en een sterk dekkend vermogen.

Oplosbaarheid

Het heeft onomkeerbare ontbindingseigenschappen en is moeilijk op te lossen in vloeibare vorm. Het eigenlijke carbon black wordt echter gedeeltelijk opgelost onder bepaalde speciale omstandigheden.

Warmteafvoer

De thermische dispersie van carbon black beïnvloedt de mechanische eigenschappen, hittebestendigheid en oxidatieve stabiliteit van rubberproducten. Mechanisch mengen en natte of droge verwerking zijn typische methoden om de dispersie van carbonzwart te bereiken. Dispergeermiddelen, oppervlaktemodificatoren en geavanceerde verwerkingsmethoden verdelen het vaak gelijkmatiger.

Waar wordt roet voor gebruikt?

Banden- en rubberindustrie

Carbon black is ook een algemene term voor een belangrijke klasse versterkende producten voor rubber. Vandaag de dag produceert en verbruikt de wereld 70% van de wereldwijde productie van roet voor de rubberbandenindustrie. Carbon black wordt aan banden toegevoegd om de slijtvastheid van de band te verhogen, de tractie of grip op de grond te verbeteren en de band te versterken voor een betere duurzaamheid en stabiliteit.

Kunststoffen en coatings

 Kunststoffen

Carbon black wordt gebruikt in de volgende kunststoffen: polyethyleen, polypropyleen, polyvinylchloride, en polystyreenhet verbeteren van mechanische eigenschappen zoals trek- en slijtvastheid, het geven van elektrische geleiding en hitte- en weerbestendigheid.

Coatings

Het speelt een belangrijke rol in coatings voor de bouw, auto's, treinwagons en schepen. Over het algemeen vereisen coatings de volgende eigenschappen: hoge zwartheid, goede vloei-eigenschappen en goede stabiliteit tegen zetting.

Geleiding en elektronische materialen

De geleidbaarheid van carbon black is gerelateerd aan de structuur, het oppervlak en de dichtheid van de deeltjesgrootte, voornamelijk door geleidingskanalen en het veldemissiemechanisme.

EMI afscherming

Geleidbaarheid kan worden gerealiseerd door de composieten van carbon black-polymeer, waarbij voornamelijk carbon black wordt gebruikt als de belangrijkste grondstof, waaraan bepaalde vulstoffen en kleefstoffen worden toegevoegd. Door zijn geleidende, antistatische en elektromagnetische interferentie-afschermende eigenschappen kan de geleidende carbon black ook worden gebruikt bij de productie van elektromagnetische afschermingsmaterialen.

Carbon black-kwaliteiten

Op basis van de deeltjesgrootte, structuur (zoals oppervlakte en DBPA-waarden) en gebruikseigenschappen worden de kwaliteiten meestal onderverdeeld in de volgende categorieën:

Hoe wordt roet gemaakt?

Oven zwarte koolstof

Het wordt verkregen door onvolledige verbranding van de grondstof olie in een reactor.

Kanaal Zwart

Het wordt geproduceerd uit aardgas en heeft de voordelen van kleine deeltjes, groot specifiek oppervlak, hoge zwartheid en sterke kleurkracht. Meer functionele zuurstofgroepen kunnen het vulkanisatieproces van rubber vertragen om de vloeibaarheid en bedrukbaarheid van inkt te verbeteren.

Thermisch zwart

Het wordt voornamelijk vervaardigd door aardgas te kraken bij hoge temperatuur onder zuurstof- en vlamvrije omstandigheden. Het specifieke oppervlak van deze roet is laag, met een laag zuurstofgehalte aan het oppervlak.

Wat is de prijs van roet op de markt?

Grondstofkosten

Koolstofzwart maakt voornamelijk gebruik van grondstoffen die worden geproduceerd door koolteer. Onlangs heeft de fluctuerende marktprijs van koolteer direct invloed gehad op de productiekosten. In maart van dit jaar steeg de prijs van koolteer bijvoorbeeld met 645USD/ton, waardoor de kosten van carbon black stegen.

Vraag- en aanbodrelatie in de markt

Begin 2024 verwachtten fabrikanten van carbonblack in Azië dan ook dat de vraag aanzienlijk zou toenemen en verhoogden ze de productie dienovereenkomstig. Het bleek echter al snel dat de daadwerkelijke afname anders was dan geschat. Dit veroorzaakte een aanbodoverschot in de markt. De marktomstandigheden zijn onlangs verbeterd door het einde van het kwartaal en de prijzen stabiliseren zich nu.

Carbon black vs Grafiet

Chemische eigenschappen

De chemische eigenschappen van carbonzwart zijn relatief actief, terwijl de chemische eigenschappen van grafiet stabiliteit, weerstand tegen hoge temperaturen en corrosie laten zien. Grafiet vertoont een onoplosbaar gedrag in water en organische oplosmiddelen. Bij hoge temperaturen reageert het gemakkelijk met zuurstof of metaal en vormt het respectievelijk oxiden of carbiden.

Fysische eigenschappen

Grafiet heeft verschillende keten- of druifachtige aggregatiestructuren en hun belangrijkste uiterlijk is kristallijn. Zowel grafiet als roet hebben een goed elektrisch geleidingsvermogen.

Optische eigenschappen

Grafiet is relatief homogeen qua zwartheid en heeft een hoog lichtverstrooiend vermogen en kan daarom niet worden gebruikt als effectief pigment. De zwartheid van koolstofzwart komt voornamelijk voort uit het vermogen om licht te absorberen; over het algemeen geldt: hoe fijner de deeltjesgrootte, hoe hoger de zwartheid.

Carbon black invloed op het milieu

Energieverbruik

Het productieproces van carbon black gaat gepaard met de verbranding van enorme hoeveelheden energie zoals olie en aardgas. Overmatig energieverbruik leidt echter tot overmatig gebruik van hulpbronnen en uitstoot van broeikasgassen.

Luchtvervuiling

Bij de productie van roet komen vluchtige organische stoffen en zwevende deeltjes vrij, die bijdragen aan de verslechtering van de luchtkwaliteit.

Substitutie en duurzaamheid

Door de aard van het proces om carbon black te maken, is het mogelijk om gebruik te maken van schone zonne- en windenergie naast het gebruik van gebruikt afval en alternatieve groene materialen.

Conclusie

Carbon black is een onmisbare stof in de moderne industrie. Door zijn hoge kleurkracht, hoge elektrische geleidbaarheid en goede thermische dispersie is het zeer belangrijk geworden in rubber, kunststoffen, coatings, inkt, enz. Carbon black kan voldoen aan de behoeften van verschillende industrieën met betrekking tot milieuvervuiling veroorzaakt door de productie, en er is nog steeds behoefte om te onderzoeken hoe het kan worden verbeterd.