Karbon Siyahı Nedir? Temel Bilgiler için Kolay Kılavuz

Karbon siyahı saf siyah bir tozdur ve karbon dumanı olarak da adlandırılır. Karbonun amorf bir formu olan elementel karbondan oluşur. karbon. Birçok endüstride baz olarak kullanılan ana malzeme karbon siyahıdır. Hidrokarbonların yetersiz hava ile yanması karbon siyahı üretir. Kurumun aksine, karbon siyahı herhangi bir inorganik kirlilik ve çıkarılabilir organik kalıntı içermez.

Karbon Siyahının Özellikleri

Karbon siyahı en yaygın kullanılan nanomalzeme olarak kabul edilebilir. Çapları onlarca ila yüzlerce nanometre arasında değişen mikrokristal yapılardan oluşur. Aşağıdaki tablo, karbon siyahının fiziko-kimyasal özelliklerine tam bir genel bakış sağlar; ana özellikleri ve endüstrilerde ilgili olan özellikleri özetler.

Parçacık Boyutu

Boyut, tipik olarak 10 ila 200 nanometre arasında değişen karbon siyahı partiküllerinin ortalama çapı olarak tanımlanabilir. Boyutlar, partiküllerin çeşitli dağılımları içinde farklılık gösterir ve farklı üretim süreçleri ve hammaddelerin doğası ile ilgilidir.

Yapı

Karbon siyahı, agregat adı verilen sert kolloidal varlıklar halinde birleşen birincil "parçacıklardan" veya "nodüllerden" oluşur. Bu nodüller, c-eksenleri yüzeye dik olan mikro grafit yığınlarından oluşur.

Gözeneklilik

Karbon siyahı gözenekleri iki tiptir: mikro gözenekli ve mezogözenekli. İlki, gözenek boyutunda 2nm'den daha azı ifade ederken, ikincisi 2nm-50nm arasındaki gözenekleri ifade eder. İçindeki bu tür gözenekler kauçuğun yaşlanma ve aşınma direncini artırır.

Kimyasal bileşim

Karbon siyahının ana bileşenleri elementel karbon (>97%), hidrojen, oksijen, sülfür ve nitrojendir.

Yüzey Kimyası

Karbon siyahı yüzeyindeki oksijen fonksiyonel grupları (fenoller, kinonlar, karboksil grupları) reaktivitesini, dağılımını ve elektriksel özelliklerini etkiler. Karbon siyahı oksidasyonu, karbon siyahı pigmentlerinin dağılımını iyileştirirken aynı zamanda pH'ı düşürür ve sülfatlama kinetiğini değiştirir.

Yoğunluk

Karbon siyahının yoğunluğu, yığın yoğunluğu ile gerçek yoğunluk arasında yer alır. Farklı karbon siyahı türleri farklı paketleme yoğunluklarına sahiptir. Bunlar arasında, vulkanize ve pirolitik karbon siyahı daha yüksek paketleme yoğunluklarına sahiptir ve gaz fazı yüzey işlemli karbon siyahı daha düşük paketleme yoğunluklarına sahiptir.

Renk

Karbon siyahı genellikle renk gücüne ve partikül boyutuna göre yüksek pigmentli, orta pigmentli, sıradan pigmentli ve düşük pigmentli karbon siyahı olarak ayrılır. İyi dispersiyon performansına, renklendirme gücüne ve güçlü örtme gücüne sahiptir.

Çözünürlük

Geri dönüşü olmayan çözünme özelliklerine sahiptir ve sıvı formda çözünmesi zordur. Bununla birlikte, gerçek karbon siyahı bazı özel koşullar altında kısmen çözülür.

Isı Dağılımı

Karbon siyahının termal dağılımı kauçuk ürünlerin mekanik özelliklerini, ısı direncini ve oksidatif stabilitesini etkiler. Mekanik karıştırma ve ıslak veya kuru işleme, karbon siyahı dağılımını sağlamak için tipik yöntemlerdir. Dağıtıcılar, yüzey değiştiriciler ve sofistike işleme yöntemleri karbon siyahını sıklıkla daha eşit bir şekilde dağıtır.

Karbon Siyahı Ne İçin Kullanılır?

Lastik ve Kauçuk Endüstrileri

Karbon siyahı aynı zamanda kauçuk için takviye edici ürünlerin ana sınıfı için genel bir terimdir. Günümüzde dünya karbon siyahı üretim arzının 70%'si kauçuk lastik endüstrisi için üretilmekte ve tüketilmektedir. Karbon siyahı, lastiğin aşınma direncini arttırmak, lastiğin çekişini veya zeminde tutuşunu iyileştirmek ve dayanıklılık ve stabilite performansı için lastiği güçlendirmek amacıyla lastiklere eklenir.

Plastikler ve Kaplamalar

 Plastikler

Karbon siyahı aşağıdaki plastiklerde kullanılır: polietilen, polipropilen, polivinil klorür ve poli̇sti̇renÇekme ve aşınma direnci gibi mekanik özellikleri iyileştirir, elektrik iletkenliği ve ısı ve hava koşullarına dayanıklılık sağlar.

Kaplamalar

Aşağıdakilerde önemli bir rol oynar kaplamalar inşaat, otomobiller, demiryolu araçları ve gemiler için. Genel olarak, kaplamalar şu özellikleri gerektirir: yüksek siyahlık, iyi akış özellikleri ve çökelmeye karşı iyi stabilite.

İletim ve Elektronik Malzemeler

Karbon siyahının iletkenliği, esas olarak iletken kanallar ve alan emisyon mekanizması aracılığıyla yapı, yüzey ve parçacık boyutu yoğunluğu ile ilgilidir.

EMI koruması

İletkenlik, karbon siyahı-polimer kompozitleri ile gerçekleştirilebilir, esas olarak karbon siyahı ana hammadde olarak kullanılır, belirli dolgu maddeleri ve yapıştırıcılar eklenir. İletken, antistatik ve elektromanyetik parazit koruyucu nitelikleri nedeniyle, iletken karbon siyahı elektromanyetik koruyucu malzemelerin üretiminde de kullanılabilir.

Karbon siyahı kaliteleri

Partikül boyutu, yapısı (yüzey alanı ve DBPA değerleri gibi) ve kullanım özelliklerine göre, kaliteleri genellikle aşağıdaki kategorilere ayrılır:

Karbon siyahı nasıl yapılır?

Fırın Siyah Karbonu

Hammadde petrolün bir reaktörde eksik yanmasından elde edilir.

Siyah Kanal

Doğal gazdan üretilen bu mürekkep, küçük partiküller, büyük spesifik yüzey alanı, yüksek siyahlık ve güçlü renk gücü avantajlarına sahiptir. Daha fazla oksijen fonksiyonel grubu, mürekkebin akışkanlığını ve basılabilirliğini artırmak için kauçuk vulkanizasyon sürecini geciktirebilir.

Termal Siyah

Esas olarak oksijensiz ve alevsiz koşullar altında yüksek sıcaklıkta doğal gaz krakingi ile üretilir. Bu karbon siyahının spesifik yüzey alanı düşüktür ve yüzeyinde düşük oksijen içeriği vardır.

Piyasadaki Karbon siyahı fiyatı nedir?

Hammadde maliyetleri

Karbon siyahı esas olarak kömür katranından üretilen hammaddeleri kullanır. Son zamanlarda, kömür katranının dalgalanan piyasa fiyatı üretim maliyetlerini doğrudan etkiledi. Örneğin bu yılın Mart ayında kömür katranı fiyatı 645 USD/ton artarak karbon siyahı maliyetini yükseltti.

Piyasa Arz ve Talep İlişkisi

Bu nedenle, 2024 yılının başında Asya'daki karbon siyahı üreticileri talebin önemli ölçüde artacağını öngörmüş ve buna bağlı olarak üretimi artırmıştır. Ancak kısa süre sonra gerçek tedarik oranının tahmin edilenden farklı olduğu ortaya çıktı. Bu da piyasada arz fazlalığına neden oldu. Çeyreğin sona ermesi nedeniyle piyasa koşulları yakın zamanda iyileşti ve fiyatlar bundan böyle istikrar kazanıyor.

Karbon siyahı vs Grafit

Kimyasal özellikler

Karbon Siyahı kimyasal özellikleri nispeten aktif iken, grafit kimyasal özellikleri stabilite, yüksek sıcaklık ve korozyon direncini göstermektedir. Grafit Su ve organik çözücülerde çözünmeyen davranış gösterir. Yüksek sıcaklıklarda oksijen veya metal ile kolayca reaksiyona girer ve sırasıyla oksitler veya karbürler oluşturur.

Fiziksel Özellikler

Grafit farklı zincir veya üzüm benzeri kümelenme yapılarına sahiptir ve ana görünümleri kristaldir. Hem Grafit hem de karbon siyahı iyi bir elektrik iletkenliği gösterir.

Optik Özellikler

Grafit siyahlık açısından nispeten homojendir ve yüksek ışık saçma gücüne sahiptir ve bu nedenle etkili bir pigment olarak kullanılamaz. Karbon siyahının siyahlığı esas olarak ışığı absorbe etme kabiliyetinden kaynaklanır; genellikle partikül boyutu ne kadar ince olursa siyahlık o kadar yüksek olur.

Karbon siyahının çevreye etkisi

Enerji tüketimi

Karbon siyahı üretim süreci, petrol ve doğal gaz gibi büyük miktarlarda enerjinin yakılmasını içerir. Ancak, aşırı enerji tüketimi kaynakların aşırı kullanımına ve sera gazı emisyonuna yol açmaktadır.

Hava kirliliği

Karbon siyahı üretimi, VOC'lerin yanı sıra partikül madde de yayar ve bunlar hava kalitesinin bozulmasına katkıda bulunur.

İkame ve Sürdürülebilirlik

Karbon siyahı oluşturma sürecinin doğası gereği, kullanılmış atık ve alternatif yeşil malzemelerin yanı sıra temiz enerji güneş ve rüzgardan yararlanma olanağı da vardır.

Sonuç

Karbon siyahı modern endüstride vazgeçilmez bir maddedir. Yüksek renklendiriciliği, yüksek elektrik iletkenliği ve iyi termal dağılımı sayesinde kauçuk, plastik, kaplama, mürekkep vb. alanlarda oldukça önemli hale gelmiştir. Karbon siyahı, üretimden kaynaklanan çevre kirliliği ile ilgili olarak farklı endüstrilerin ihtiyaçlarını karşılayabilir ve hala nasıl geliştirileceğini keşfetmeye ihtiyaç vardır.