En la industria del caucho y en muchos campos de la ciencia de materiales, una sustancia llamada negro de carbono blanco juega un papel importante. Muchas personas pueden saber que el polvo de sílice blanca se conoce comúnmente como negro de carbono blanco. Pero, ¿cómo obtuvo este nombre? Para responder a eso, necesitamos mirar su conexión con el negro de carbono.
La comprensión del negro de carbono tiene una larga historia. Hace más de 3,000 años, ya se dominaba la técnica de quemar humo para hacer tinta. Sin embargo, la tecnología de producción de negro de carbono avanzó lentamente durante mucho tiempo. No fue hasta 1872 que la industria del negro de carbono comenzó la producción a gran escala, y el término “Negro de Carbono” empezó a usarse.
En 1912, se descubrió el efecto reforzador del negro de carbono en el caucho, particularmente su capacidad para mejorar significativamente la resistencia al desgaste de los neumáticos. Esto llevó a un aumento en la demanda de negro de carbono, convirtiéndolo en un material indispensable en la industria del caucho. Durante la Primera Guerra Mundial, hubo una escasez de materiales energéticos para la producción de negro de carbono.
Alemania comenzó a usar sílice precipitada blanca como sustituto. Esta sílice amorfa blanca tiene propiedades y usos similares a los negros de carbono.
Por eso se llama negro de carbono blanco.
Con el rápido desarrollo de las industrias automotriz y de transporte, y el aumento de los costos de las materias primas para el negro de carbono, creció la demanda de conservación de energía y reducción de emisiones. Como resultado, el papel del negro de carbono blanco como material de refuerzo en la industria del caucho se ha vuelto más importante.
Hoy en día, los negros de carbono blancos pueden reemplazar completamente al negro de carbono para el refuerzo en productos de caucho coloreados. Cumplen con la necesidad de productos blancos o translucidos, que funcionan excepcionalmente bien en la fabricación de “neumáticos verdes” para automóviles y neumáticos de invierno. Ayudan a que los neumáticos logren menor resistencia a la rodadura y mejor tracción, mejorando la eficiencia del combustible.
Método de preparación del negro de carbono blanco
Existen muchos métodos para preparar sílice, que se dividen principalmente en método de precipitación y método de fase gaseosa.
El negro de carbono blanco precipitado se produce comúnmente mediante una reacción de precipitación por neutralización entre silicatos (generalmente metasilicato de sodio) y ácidos inorgánicos (típicamente ácido sulfúrico) para producir sílice hidratada.
Su tamaño de partícula es de aproximadamente 20-40 nm, con menor pureza y propiedades de refuerzo más débiles en comparación con la sílice fumada. Las propiedades dieléctricas de la mezcla de caucho, especialmente después de la exposición a la humedad, también son peores. Sin embargo, es más barato y tiene mejor rendimiento en procesamiento. Puede usarse solo en cauchos generales como NR y SBR, o mezclado con negro de carbono para mejorar la resistencia del caucho a las grietas por flexión, ralentizando el crecimiento de las grietas. La sílice fumada, por otro lado, se produce mediante la descomposición térmica de haluros de polisilicic (SiClx) a altas temperaturas, mediante una reacción en fase vapor. También se conoce como método de calcinación o método seco de producción de negros de carbono blancos.
Método seco negro de carbono blanco tiene un tamaño de partícula extremadamente pequeño, alrededor de 15-25 nm, con alta dispersibilidad y bajas impurezas. Ofrece buenas propiedades de refuerzo, pero su preparación es compleja y costosa. Se usa principalmente en caucho de silicona, produciendo productos transparentes o translucidos. Estos productos tienen buenas propiedades físicas, mecánicas y dieléctricas, con excelente resistencia al agua.
Estructura del negro de carbono blanco
Estructuralmente, aproximadamente del 95 al 99% del negro de carbono blanco está compuesto por SiO₂. La estructura de los negros de carbono blancos varía según el método de preparación. La sílice fumada tiene una estructura interna que es casi en su totalidad una red de silicatos tridimensionales densamente empaquetada. Esta estructura resulta en baja absorción de humedad, fuerte adsorción superficial y excelentes propiedades de refuerzo. En contraste, la sílice precipitada, además de formar una estructura de silicatos tridimensionales, también retiene una cantidad significativa de estructuras de silicatos bidimensionales. Esto hace que la estructura sea más porosa, con muchas estructuras capilares, lo que la hace más propensa a absorber humedad, reduciendo así su actividad de refuerzo.
Las partículas básicas del negro de carbono blanco son esféricas. Durante la producción, estas partículas colisionan a altas temperaturas para formar estructuras en forma de cadena conectadas por enlaces químicos. Las estructuras en forma de cadena se unen además mediante enlaces de hidrógeno para formar agregados secundarios. Estos agregados se rompen fácilmente durante el proceso de mezcla.
Propiedades químicas superficiales de la sílice
Su superficie contiene grupos hidroxilo adyacentes, grupos hidroxilo aislados y grupos dihidroxilo. La sílice fumada tiene más grupos hidroxilo en la superficie que la sílice precipitada, los cuales son difíciles de eliminar a temperaturas más altas. Estos grupos superficiales son reactivos, incluyendo reacciones de deshidratación e hidrólisis, reacciones con cloruros de acilo, reacciones con hidrógeno activo y formación de enlaces de hidrógeno. La superficie del negro de carbono blanco tiene una actividad de adsorción química fuerte, relacionada con sus grupos hidroxilo superficiales.
Puede unirse al agua mediante enlaces de hidrógeno, formando una adsorción en múltiples capas. Además, puede adsorber muchas moléculas orgánicas pequeñas. Las aminas o alcoholes con múltiples grupos funcionales tienen una mayor adsorción que los grupos funcionales simples. Por lo tanto, en los compuestos de SiO₂, a menudo se utilizan agentes multifuncionales como etanolamina, etilenglicol y trietanolamina como activadores. Cuando el negro de carbono blanco se calienta, se libera humedad. La mayor cantidad de humedad se libera entre 150-200°C.
Después de 200°C, la tasa de liberación se desacelera, con un punto de inflexión claro. Antes del punto de inflexión, se desorben las aguas adsorbidas. Después del punto de inflexión, los grupos hidroxilo superficiales sufren reacciones de condensación. Hay dos formas de prevenir la estructuración. Una es agregar sustancias durante la mezcla que puedan reaccionar con los grupos hidroxilo superficiales del negro de carbono blanco, como siloxano hidroxilo, difenilsilano glicol o silazano. La otra forma es modificar previamente la superficie del negro de carbono blanco eliminando algunos de los grupos hidroxilo superficiales.
Efecto de refuerzo en caucho de silicona
El negro de carbono blanco es un agente reforzante blanco con propiedades de refuerzo solo superadas por el negro de horno. El caucho vulcanizado con una cierta cantidad de negro de carbono blanco tiene mayor resistencia. También presenta mayor elongación, mayor resistencia al desgarro, mayor dureza y mejor aislamiento.
Por lo general, se utilizan juntos el negro de carbono y el negro de carbono blanco para un mejor rendimiento general. Sin embargo, el negro de carbono blanco aún presenta problemas en el procesamiento, electricidad estática y costo. Su dirección de desarrollo se centra en una mayor dispersabilidad, refinamiento, granulometría y modificación superficial. Estas mejoras buscan potenciar su papel en los campos de materiales.
conclusión
Negro de carbono blanco, con sus ventajas únicas, se ha integrado profundamente en la industria del caucho. Desde mejorar el rendimiento del producto hasta impulsar la innovación tecnológica y ampliar los límites de aplicación, su valor es inconmensurable.
No solo es un aditivo clave para mejorar el rendimiento del caucho, sino también un impulsor importante del desarrollo y la innovación industrial.
Ocupa una posición central indispensable en la industria del caucho, inyectando continuamente un fuerte impulso en la industria.
polvo épico
Polvo Épico, más de 20 años de experiencia laboral en la industria del polvo ultrafino. Promueve activamente el desarrollo futuro del polvo ultrafino, centrándose en el proceso de trituración, molienda, clasificación y modificación del polvo ultrafino. Contáctanos para una consulta gratuita y soluciones personalizadas. Nuestro equipo de expertos está dedicado a proporcionar productos y servicios de alta calidad para maximizar el valor de tu procesamiento de polvo. Polvo Épico—¡Tu experto confiable en procesamiento de polvo!
Spanish 
English 
German 
French