¿Conoces el negro de carbono?

Negro de carbono es un negro amorfo polvo compuesto de carbono. Se produce principalmente por la combustión incompleta o craqueo térmico de materia orgánica (como gas natural, petróleo pesado, alquitranes de carbón, etc.) bajo condiciones de aire insuficiente. Sus partículas son extremadamente finas, y el tamaño de partícula suele estar entre 5 nanómetros y 500 nanómetros. Tiene una gran superficie específica (10-3000 m²/g) y una estructura de agregados en cadena o similar a uvas única. El negro de carbono se utiliza ampliamente en caucho, plásticos, tintas, recubrimientos y otros campos industriales debido a su alto contenido de carbono (más del 95%) y una pequeña cantidad de oxígeno, hidrógeno, azufre y otros elementos.

Propiedades básicas del negro de carbono

Las principales propiedades del negro de carbono son el tamaño de partícula, estructura y propiedades superficiales. Tienen una influencia importante en las propiedades de procesamiento y efecto de refuerzo del caucho.

Tamaño de partícula

El tamaño de partícula del negro de carbono se refiere al tamaño de las partículas primarias. El tamaño promedio de partícula del negro de carbono para caucho suele estar entre 11 y 500 nanómetros. Cuanto menor sea el tamaño de partícula, mayor será la superficie específica, mayor será el área de contacto entre el negro de carbono y el caucho, y más puntos activos. Esto mejora su capacidad de enlace químico y adsorción física, y aumenta el efecto de refuerzo. El tamaño de partícula se ve afectado por el proceso de fabricación. Por ejemplo, en el método de horno de aceite, cuanto mayor sea el grado de atomización, mayor será la temperatura del horno, mayor será la relación aire-aceite y más rápida la velocidad del flujo de aire, menor será el tamaño de las partículas de negro de carbono.

Estructuralidad

La estructuralidad del negro de carbono se refiere a la complejidad de la estructura primaria, es decir, al agregado espacial formado por enlaces químicos entre partículas primarias. La estructura primaria es estable y es la unidad dispersa más pequeña en el caucho. Múltiples estructuras primarias se agregan aún más para formar estructuras secundarias mediante fuerzas de Van der Waals, pero son fácilmente destruidas por fuerzas de corte durante el procesamiento. Cuanto más compleja sea la estructura, más ramificada y mayores sean los vacíos internos, mayor será su capacidad de absorción y retención en el caucho y mejor será su rendimiento de refuerzo.

Propiedades superficiales

Las propiedades superficiales del negro de carbono incluyen rugosidad superficial y propiedades químicas. A menudo existen microporos a escala nanométrica en la superficie de las partículas, lo que reducirá el área de contacto efectiva y afectará el efecto de refuerzo. En términos generales, la superficie del negro de carbono de canal es la más rugosa, mientras que la superficie del negro de carbono de horno y craqueo térmico es más suave. La rugosidad puede medirse mediante microscopía electrónica o adsorción de nitrógeno.

Las propiedades químicas superficiales del negro de carbono provienen principalmente de sus grupos funcionales que contienen oxígeno (como carboxilo, hidroxilo, fenólico, quinona, lactona) y radicales libres. Estas estructuras le confieren cierta actividad química y mejoran su capacidad de unión con el caucho. Cuanto mayor sea la actividad química, mayor será el efecto de refuerzo del negro de carbono. La composición elemental del negro de carbono es principalmente carbono (90-99%), con una pequeña cantidad de oxígeno, hidrógeno, azufre y cenizas, y presenta características estructurales aromáticas.

Cinco características del negro de carbono

Efecto de refuerzo: Puede mejorar la resistencia a la tracción, resistencia al desgaste y resistencia a la edad del caucho. El negro de carbono representa entre el 20-70% en neumáticos;

Rendimiento de pigmentación: Tiene alta intensidad de negro y fuerte resistencia a las condiciones climáticas. Es el pigmento negro principal de tintas y recubrimientos;

Protección ultravioleta: Absorbe radiación ultravioleta y se utiliza en plásticos y recubrimientos para prolongar la vida útil del producto;

Conductividad y conductividad térmica: La conductividad del negro de carbono de acetileno es similar a la del grafito. La conductividad térmica del caucho que contiene negro de carbono se mejora significativamente;

Adsorción ambiental: La alta superficie específica le permite desempeñar un papel de adsorción en la purificación de gases residuales y el tratamiento de agua

Áreas de aplicación diversificadas del negro de carbono

1. Industria del caucho (aplicación principal)
   Fabricación de neumáticos: mejorar la resistencia al desgaste, reducir la resistencia a la rodadura, los neumáticos de alto rendimiento tienen un contenido mayor de negros de carbono.
   Materiales de sellado: mejorar la resistencia a altas temperaturas y el rendimiento anti-envejecimiento, utilizados en aeroespacial y campos mecánicos.
2. Plásticos y recubrimientos
   Modificación de plásticos: coloración, antistático, protección UV, a menudo añadido en forma de masterbatch.

Mejora de recubrimientos: mejorar el negro, la resistencia a la corrosión química y la adhesión.

3. Tinta y electrónica
   Tinta de impresión: el pigmento negro de carbono determina la intensidad del negro y la calidad de impresión.

Productos electrónicos: utilizado para capa anti-reflectante en pantallas y agente conductor en baterías.

4. Protección ambiental y energía
   Adsorbente: tratar gases residuales orgánicos y aguas residuales con metales pesados.

Tecnología de baterías: como material conductor de electrodos para mejorar la vida útil del ciclo.

5. Campos especiales
   Productos de silicona: mejorar la resistencia a la tracción de fibras y la durabilidad de materiales de sellado.

Militar y aeroespacial: componentes de sellado y conductores resistentes a ambientes extremos

conclusión

Los negros de carbono desempeñan un papel vital en varias industrias debido a sus excelentes propiedades de refuerzo, coloración y conductividad. Su tamaño de partícula, estructura y características superficiales impactan directamente en el rendimiento del producto, convirtiéndolo en un aditivo esencial en caucho, plásticos, recubrimientos y más.

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