کربن بلک چیست؟

کربن بلک چیست؟

کربن بلک (دوده سیاه، دوده صنعتی یا کربن سیاه) (Carbon black (CB))، شکل تجاری و آمورف از کربن خالص است و از آن به طور خاص جهت تولید توده های مهندسی شده ذرات کربن که از نظر اندازه ذرات، اندازه دانه ها، شکل، تخلخل و شیمی سطح متفاوت هستند استفاده می شود. کربن بلک اساساً حاوی کربن به شکلی نزدیک به ذرات کروی با اندازه کلوئیدی هستند که طی فرآیندهای کنترل شده توسط احتراق ناقص یا تجزیه حرارتی هیدروکربن ها (فرآورده های نفتی سنگین مانند قیرFCC ، قیر زغال سنگ یا قیر کراکینگ اتیلن) تولید می شوند.

کربن بلک به طور معمول حاوی بیش از 95٪ کربن خالص با حداقل مقدار اکسیژن، هیدروژن، نیتروژن و سولفور می باشد. غلظت فلز نیز به همین ترتیب ناچیز است. مقدار ناچیز مواد آلی موجود در سطح ذرات کربن بلک (عمدتا کمتر از 0.1٪) را می توان با استفاده از تولوئن استخراج کرد. کربن سیاه هایی که تحت اصلاح اکسیداتیو قرار می گیرند ممکن است حاوی 15% و یا بیشتر اکسیژن باشند. در فرآیند تولید، ذرات کربن بلک در اندازه های تقریبی بین 10 تا 500 نانومتر تشکیل می شوند.

از طرف دیگر، دوده (دود دودکش و دوده اگزوز دیزل) محصول جانبی احتراق کنترل نشده هیدروکربن ها است. به دست آوردن داده های دقیق در مورد ترکیبات دوده عملاً غیرممکن است زیرا شرایط ایجاد آن دارای نوسان است و از لحاظ کیفیت و خواص ثبات وجود ندارد. دوده را می توان از کربن بلک بر اساس محتوای ناخالصی مواد معدنی و آلی آنها متمایز کرد. به عنوان مثال دوده دودکش ممکن است دارای محتوای کربن کمتر از 50٪ ، محتوای استخراج شده بیش از 15٪ و مقدار خاکستر بیش از 20٪ باشد.

برای دیدن لیست محصولات مناسب برای کربن بلک در رنگ کلیک کنید!

تاریخچه کربن بلک

تمدن های باستان در چین و مصر دوده را در رزین ها، روغن های گیاهی یا قیر مخلوط می کردند تا رنگ و جوهر ایجاد کنند. آنها شعله حاصل از یک چراغ روغن را در زیر یک سطح خنک شده قرار می دادند که این کار باعث تجمع دوده در سطح خنک شده می شد. سپس دوده را خراش داد و به صورت پودر جمع میکردند. بعدها، یونانی ها و رومی ها تمایل زیادی به رنگ سیاه برای تزئین دیوارها پیدا کردند و در نتیجه نیاز به دوده افزایش پیدا کرد.

رزین کاج یک ماده اولیه ایده آل برای کربن سیاه است و در جوهرهای چاپی استفاده می شد. منطقه جنگل سیاه آلمان به سرعت به مرکز صنعتی پر رونق تبدیل شد. روشهای فنی ابداع شد به صورتی که در آن رزین در کوره ای با آجر انداخته می شد و کربن سیاه در یک محفظه مخصوص به مقدار زیاد رسوب می کرد. اتاق های ته نشینی ویژه امکان تولید مقادیر زیادی از کربن سیاه را به راحتی فراهم کردند.

سرانجام انقلاب صنعتی با در دسترس قرار دادن قیر ذغال به مقدار زیاد، تولید کربن سیاه را به حجم بیشتری رساند. در اواخر قرن نوزدهم، در آن سوی اقیانوس اطلس صنعت کربن سیاه فرایندی تولیدی با گاز طبیعی به عنوان ماده اولیه فراوان و ارزان قیمت طراحی کرد. در اروپا، کمبود گاز طبیعی منجر به ایجاد روشی مشابه، مبتنی بر قطران ذغال سنگ شد.

در سال 1935، سیستم دوده گازی دگوسا (Degussa’s Gas Black) یک گزینه مناسب برای روش دوده کانالی آمریکایی (American Channel Black) فراهم کرد. تا بعد از جنگ جهانی دوم، کل صنعت تایر سازی تحت سلطه روش دوده کانالی (Channel Black) در ایالات متحده و روش دوده گازی (Gas Black) در آلمان بود.

از اوایل قرن نوزدهم، و از دهه 1920 به بعد با اشتیاق بیشتری، تلاش شد تا کربن سیاه در یک سیستم کاملاً بسته با روغن معدنی به عنوان ماده اولیه تولید شود. اگرچه فرآیند کوره گاز (gas furnace process ) در ایالات متحده نقشی داشت، اما روش کوره نفت – که اولین بار در سال 1943 تجاری شد – در نهایت به روش انتخابی تبدیل شد.

کاربردها

کربن سیاه عمدتاً در محصولات لاستیکی، رنگ‌دانه‌ها و جوهر چاپگرها کاربرد دارد. این ماده در گروههای متنوعی از مواد در جهت بهبود خواص فیزیکی، الکتریکی و نوری آنها استفاده می شود. بیشترین میزان استفاده از آن به عنوان تقویت کننده و بهبود دهنده عملکرد در محصولات لاستیکی می باشد. حدود 90٪ از تولیدات کربن بلک در سراسر جهان در صنعت لاستیک مورد استفاده قرار می گیرد. در ترکیبات لاستیکی، الاستومرهای طبیعی و مصنوعی با کربن بلک، عنصرگوگرد، روغنهای فرآوری شده و مواد شیمیایی آلی فرآوری شده، مخلوط می شوند و سپس برای تولید طیف وسیعی از محصولات لاستیکی جوشانده شده و حرارت داده می شوند.
در این نوع کاربرد ها، کربن بلک باعث تقویت سیستم شده و همچنین انعطاف پذیری، مقاومت در برابر پارگی، رسانایی و سایر خصوصیات فیزیکی را بهبود می بخشد. کربن بلک پرمصرف ترین و مقرون به صرفه ترین عامل تقویت کننده لاستیک در اجزای لاستیک (مانند آج ، دیوارهای جانبی و آسترهای داخلی)، قطعات لاستیکی خودرو (مانند سیستم های آب بندی، شیلنگ و قطعات ضد لرزش) و به طور کلی کالاهای لاستیکی (مانند شیلنگ، تسمه، واشر و مهر و موم) می باشد.

علاوه بر تقویت کننده گی لاستیک، کربن بلک به عنوان رنگدانه سیاه و همچنین به عنوان افزودنی برای بهبود عملکرد مواد، از جمله رسانایی، ویسکوزیته، کنترل بار استاتیک و محافظت در برابر اشعه ماورا بنفش استفاده می شود. این نوع کربن بلک در کاربردهای متنوعی در پوشش ها، پلیمرها و صنایع چاپ و همچنین در موارد اختصاصی دیگر مورد استفاده قرار می گیرد.

درصنعت خودرو بالاترین میزان رنگدانه های سیاه و ته رنگ مایل به آبی مورد نیاز است. اندازه ذرات کوچک کربن بلک این نیاز را برآورده می کند. کربن بلک های درشتر، که دارای ته رنگی مایل به قهوه ای هستند، معمولاً برای تینت کردن استفاده می شود و برای به دست آوردن سایه خاکستری یا رنگ مورد نظر ضروری است.

از جمله ویژگی های  اصلی کربن بلک توانایی آن در جذب نور مضر فرابنفش و تبدیل آن به گرما می باشد، در نتیجه درصورت استفاده از کربن بلک در پلیمرهایی مانند پلی پروپیلن و پلی اتیلن، این پلیمرها در برابر تخریب اشعه ماورا بنفش توسط نور خورشید مقاومت بیشتری خواهند داشت. کربن بلک تخصصی در روکش های پلیمری سیم و کابل استفاده می شود و همچنین ویژگی های عایق پلی استایرن را که به طور گسترده ای در ساخت و ساز استفاده می شود را بهبود می بخشد.

در صنعت چاپ، کربن بلک نه تنها به عنوان رنگدانه مورد استفاده قرار میگرد بلکه برای دستیابی به ویسکوزیته مناسب برای دستیابی به کیفیت مطلوب چاپ نیز استفاده می شود. کربن بلک اصلاح شده (Post-treating) امکان استفاده از بایندرها را در جوهر جهت بهبود خواص سیستم فراهم میسازد.

درجدول زیر کاربرد های عمده کربن بلک در صنایع مختلف را مشاهده می کنید:

برای آشنایی با فرایند های تولید کربن بلک این جا کلیک کنید!