{"id":4069,"date":"2025-04-08T14:26:02","date_gmt":"2025-04-08T06:26:02","guid":{"rendered":"https:\/\/www.powdergrindingmill.com\/?p=4069"},"modified":"2025-04-10T13:57:21","modified_gmt":"2025-04-10T05:57:21","slug":"white-carbon-black-%ef%bc%9apolymer-material-additive-for-rubber-industry","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.powdergrindingmill.com\/es\/white-carbon-black-%ef%bc%9apolymer-material-additive-for-rubber-industry\/","title":{"rendered":"Negro de carbono blanco: aditivo de material polim\u00e9rico para la industria del caucho"},"content":{"rendered":"

En la industria del caucho y en muchos campos de la ciencia de materiales, una sustancia llamada negro de carbono blanco<\/a> juega un papel importante. Muchas personas pueden saber que el polvo de s\u00edlice blanca se conoce com\u00fanmente como negro de carbono blanco. Pero, \u00bfc\u00f3mo obtuvo este nombre? Para responder a eso, necesitamos mirar su conexi\u00f3n con el negro de carbono.<\/p>\n\n\n\n

La comprensi\u00f3n del negro de carbono tiene una larga historia. Hace m\u00e1s de 3,000 a\u00f1os, ya se dominaba la t\u00e9cnica de quemar humo para hacer tinta. Sin embargo, la tecnolog\u00eda de producci\u00f3n de negro de carbono avanz\u00f3 lentamente durante mucho tiempo. No fue hasta 1872 que la industria del negro de carbono comenz\u00f3 la producci\u00f3n a gran escala, y el t\u00e9rmino \u201cNegro de Carbono\u201d empez\u00f3 a usarse.<\/p>\n\n\n\n

En 1912, se descubri\u00f3 el efecto reforzador del negro de carbono en el caucho, particularmente su capacidad para mejorar significativamente la resistencia al desgaste de los neum\u00e1ticos. Esto llev\u00f3 a un aumento en la demanda de negro de carbono, convirti\u00e9ndolo en un material indispensable en la industria del caucho. Durante la Primera Guerra Mundial, hubo una escasez de materiales energ\u00e9ticos para la producci\u00f3n de negro de carbono.
Alemania comenz\u00f3 a usar s\u00edlice precipitada blanca como sustituto. Esta s\u00edlice amorfa blanca tiene propiedades y usos similares a los negros de carbono.
Por eso se llama negro de carbono blanco<\/a>.
Con el r\u00e1pido desarrollo de las industrias automotriz y de transporte, y el aumento de los costos de las materias primas para el negro de carbono, creci\u00f3 la demanda de conservaci\u00f3n de energ\u00eda y reducci\u00f3n de emisiones. Como resultado, el papel del negro de carbono blanco como material de refuerzo en la industria del caucho se ha vuelto m\u00e1s importante.<\/p>\n\n\n\n

Hoy en d\u00eda, 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 fabricaci\u00f3n de \u201cneum\u00e1ticos verdes\u201d para autom\u00f3viles y neum\u00e1ticos de invierno. Ayudan a que los neum\u00e1ticos logren menor resistencia a la rodadura y mejor tracci\u00f3n, mejorando la eficiencia del combustible.<\/p>\n\n\n\n

\"negro<\/figure>\n\n\n\n

M\u00e9todo de preparaci\u00f3n del negro de carbono blanco<\/h2>\n\n\n\n

Existen muchos m\u00e9todos para preparar s\u00edlice, que se dividen principalmente en m\u00e9todo de precipitaci\u00f3n y m\u00e9todo de fase gaseosa.<\/p>\n\n\n\n

El negro de carbono blanco precipitado se produce com\u00fanmente mediante una reacci\u00f3n de precipitaci\u00f3n por neutralizaci\u00f3n entre silicatos (generalmente metasilicato de sodio) y \u00e1cidos inorg\u00e1nicos (t\u00edpicamente \u00e1cido sulf\u00farico) para producir s\u00edlice hidratada.
Su tama\u00f1o de part\u00edcula es de aproximadamente 20-40 nm, con menor pureza y propiedades de refuerzo m\u00e1s d\u00e9biles en comparaci\u00f3n con la s\u00edlice fumada. Las propiedades diel\u00e9ctricas de la mezcla de caucho, especialmente despu\u00e9s de la exposici\u00f3n a la humedad, tambi\u00e9n son peores. Sin embargo, es m\u00e1s 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 flexi\u00f3n, ralentizando el crecimiento de las grietas. La s\u00edlice fumada, por otro lado, se produce mediante la descomposici\u00f3n t\u00e9rmica de haluros de polisilicic (SiClx) a altas temperaturas, mediante una reacci\u00f3n en fase vapor. Tambi\u00e9n se conoce como m\u00e9todo de calcinaci\u00f3n o m\u00e9todo seco de producci\u00f3n de negros de carbono blancos.<\/p>\n\n\n\n

M\u00e9todo seco negro de carbono blanco<\/a> tiene un tama\u00f1o de part\u00edcula extremadamente peque\u00f1o, alrededor de 15-25 nm, con alta dispersibilidad y bajas impurezas. Ofrece buenas propiedades de refuerzo, pero su preparaci\u00f3n es compleja y costosa. Se usa principalmente en caucho de silicona, produciendo productos transparentes o translucidos. Estos productos tienen buenas propiedades f\u00edsicas, mec\u00e1nicas y diel\u00e9ctricas, con excelente resistencia al agua.<\/p>\n\n\n\n

Estructura del negro de carbono blanco<\/h2>\n\n\n\n

Estructuralmente, aproximadamente del 95 al 99% del negro de carbono blanco est\u00e1 compuesto por SiO\u2082. La estructura de los negros de carbono blancos var\u00eda seg\u00fan el m\u00e9todo de preparaci\u00f3n. La s\u00edlice fumada tiene una estructura interna que es casi en su totalidad una red de silicatos tridimensionales densamente empaquetada. Esta estructura resulta en baja absorci\u00f3n de humedad, fuerte adsorci\u00f3n superficial y excelentes propiedades de refuerzo. En contraste, la s\u00edlice precipitada, adem\u00e1s de formar una estructura de silicatos tridimensionales, tambi\u00e9n retiene una cantidad significativa de estructuras de silicatos bidimensionales. Esto hace que la estructura sea m\u00e1s porosa, con muchas estructuras capilares, lo que la hace m\u00e1s propensa a absorber humedad, reduciendo as\u00ed su actividad de refuerzo. <\/p>\n\n\n\n

Las part\u00edculas b\u00e1sicas del negro de carbono blanco son esf\u00e9ricas. Durante la producci\u00f3n, estas part\u00edculas colisionan a altas temperaturas para formar estructuras en forma de cadena conectadas por enlaces qu\u00edmicos. Las estructuras en forma de cadena se unen adem\u00e1s mediante enlaces de hidr\u00f3geno para formar agregados secundarios. Estos agregados se rompen f\u00e1cilmente durante el proceso de mezcla.<\/p>\n\n\n\n

\"Di\u00f3xido<\/figure>\n\n\n\n

Propiedades qu\u00edmicas superficiales de la s\u00edlice<\/h2>\n\n\n\n

Su superficie contiene grupos hidroxilo adyacentes, grupos hidroxilo aislados y grupos dihidroxilo. La s\u00edlice fumada tiene m\u00e1s grupos hidroxilo en la superficie que la s\u00edlice precipitada, los cuales son dif\u00edciles de eliminar a temperaturas m\u00e1s altas. Estos grupos superficiales son reactivos, incluyendo reacciones de deshidrataci\u00f3n e hidr\u00f3lisis, reacciones con cloruros de acilo, reacciones con hidr\u00f3geno activo y formaci\u00f3n de enlaces de hidr\u00f3geno. La superficie del negro de carbono blanco tiene una actividad de adsorci\u00f3n qu\u00edmica fuerte, relacionada con sus grupos hidroxilo superficiales.<\/p>\n\n\n\n

Puede unirse al agua mediante enlaces de hidr\u00f3geno, formando una adsorci\u00f3n en m\u00faltiples capas. Adem\u00e1s, puede adsorber muchas mol\u00e9culas org\u00e1nicas peque\u00f1as. Las aminas o alcoholes con m\u00faltiples grupos funcionales tienen una mayor adsorci\u00f3n que los grupos funcionales simples. Por lo tanto, en los compuestos de SiO\u2082, 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\u00b0C.<\/p>\n\n\n\n

Despu\u00e9s de 200\u00b0C, la tasa de liberaci\u00f3n se desacelera, con un punto de inflexi\u00f3n claro. Antes del punto de inflexi\u00f3n, se desorben las aguas adsorbidas. Despu\u00e9s del punto de inflexi\u00f3n, los grupos hidroxilo superficiales sufren reacciones de condensaci\u00f3n. Hay dos formas de prevenir la estructuraci\u00f3n. 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.<\/p>\n\n\n\n

Efecto de refuerzo en caucho de silicona<\/h2>\n\n\n\n

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. Tambi\u00e9n presenta mayor elongaci\u00f3n, mayor resistencia al desgarro, mayor dureza y mejor aislamiento.<\/p>\n\n\n\n

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 a\u00fan presenta problemas en el procesamiento, electricidad est\u00e1tica y costo. Su direcci\u00f3n de desarrollo se centra en una mayor dispersabilidad, refinamiento, granulometr\u00eda y modificaci\u00f3n superficial. Estas mejoras buscan potenciar su papel en los campos de materiales.<\/p>\n\n\n\n

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