Carbon Black (технический углерод, карбон) — основной черный пигмент, мировой оборот производства которого превышает 2 миллиона тонн в год.
Карбон — индустриальный продукт, который получают из обыкновенной сажи. Способ его производства напрямую влияет на свойства и области применения.
В каких индустриях применяют карбон?
1. Изделия из резины.
Карбон оптимизирует процессы вулканизации и придает изделиям прочность на разрыв и истирание. Около 60 % всего производимого в мире карбона уходит на производство автомобильных шин — без него покрышки были бы белыми, недолговечными и слишком мягкими.
2. Изделия из пластика.
Полипропилены, полиэтилены и многие другие пластики разрушаются под воздействием солнечного света. Карбон, добавленный в пластик, поглощает УФ-лучи, трансформируя их в тепло и спасая пластик от разрушения.
3. Печатная индустрия.
4. Различные покрытия, индустриальные, архитектурные и автомобильные краски.
Как производят карбон?
1. Ламповый метод.
Этот метод считается одним из самых древних, но применяется до сих пор. Его суть заключается в сжигании нефти с последующим осаждением сажи на стенках специального резервуара — процесс напоминает работу старых коптильных ламп.
Такой способ дает слабый контроль над размером частиц, их диапазон — 60–200 нанометров.
2. Термическое разложение.
Сжигание композиции из нефти и кислорода в среде природного газа приводит к разложению нефти на сажу и водород. Этот метод предполагает использование двух котлов, работающих в переменном тандеме: в одном в течение 5–8 минут происходит сгорание, в то время как другой заряжается новой смесью. Затем сажа осаждается в специальных резервуарах.
Такое производство позволяет получать частицы среднего размера — 300–500 нанометров.
3. Водородная печь.
Самый распространенный на сегодня метод. Подогретый воздух, нефть и газ распыляются через форсунку и поджигаются. После сгорания в струю дыма разбрызгивается вода, что облегчает процесс осаждения частиц в резервуаре. Размер частиц 10–80 нанометров.
4. Газовый черный метод.
Процесс был разработан в 30-х годах компанией Degussa. Его суть заключается в использовании более чистой смеси: обогащенной сажей нефти (специальное масло) и карьерного чистого газа. Сначала смесь масла и газа разогревается, затем поступает в форсунки и поджигается в небольших резервуарах с водяными дистилляторами, где большое количество мелкой сажи осаждается, не доходя до основного резервуара.
Размер частиц минимален, 10–30 нанометров, и отличается очень узким диапазоном распределения.
В чем заключается секрет колеровки?
В индустрии полиграфии и красок очень востребованы частицы мелкого размера с низким разбросом, поэтому Газовый черный используется в том числе в автомобильных красках.
Однако чем мельче частицы, тем сложнее обеспечить их равномерное диспергирование (распределение в смоле) и предотвратить последующую агломерацию (слипание), поэтому самые высокие сорта карбона обязательно подвергают окислительной обработке с использованием диоксида азота, озона или других окислителей при высоких температурах. Эти дополнительные этапы делают сорта карбона с мелким размером частиц более дорогими.