Kulsort

Den aktuelle version af siden er endnu ikke blevet gennemgået af erfarne bidragydere og kan afvige væsentligt fra den version , der blev gennemgået den 11. maj 2015; checks kræver 9 redigeringer .

Carbon black ( teknisk carbon , TU, engelsk  Carbon black ) er et stærkt dispergeret amorft carbonprodukt produceret i industriel skala.

Udtrykket " sod " bruges nogle gange til at navngive carbon black , hvilket er unøjagtigt, fordi det (i modsætning til udtrykket "carbon black") beskriver carbonprodukter opnået under ukontrollerede forhold, som ikke har et fast sæt af egenskaber.

Struktur

Kulsorte partikler er kugler , der består af nedbrudte grafitstrukturer. Den interplanære afstand mellem grafitlignende lag er 0,35-0,365 nm (til sammenligning, i grafit 0,335 nm).

Partikelstørrelsen (13-120 nm) bestemmer "finheden " af kønrøg. Den fysiske og kemiske indikator, der karakteriserer dispersionen, er det specifikke overfladeareal . Partiklernes overflade har en ruhed, på grund af at lagene kryber oven på hinanden. Målingen af ​​ruhed er forholdet mellem det specifikke overfladeareal af kønrøg og dets jodtal (da jodtallet bestemmer den samlede overflade af partikler under hensyntagen til ruhed).

Partikler i processen med at opnå kombineres i den såkaldte. "aggregater" karakteriseret ved " strukturalitet " - forgrening - hvis mål er olieabsorptionsindekset .

Aggregater klæber sammen til mindre holdbare formationer - "flager".

Ud over kulstofatomer indeholder kønrøg svovl- , oxygen- og nitrogenatomer .

Carbon black har en højt udviklet overflade (5-150 m2/g), med betydelig aktivitet . På overfladen findes såkaldte. endegrupper (-COOH, -CHO, -OH, -C(O)-O-, -C(O)-), samt sorberede rester af unedbrudte carbonhydrider. Deres antal afhænger direkte af metoden til opnåelse og efterfølgende behandling af kulstofpartikler. For at opnå pigmenter udsættes carbon black-partikler ofte for oxidativ behandling med syrer.

Den sande massefylde af carbon black-partikler er 1,76-1,9 g/cm³. Bulkdensiteten af ​​flokkulent ("støvet") kønrøg er 330-420 kg/m³. For at lette transport og brug granuleres kønrøg til en densitet på 300-600 kg/m³.

Ansøgning

Carbon black bruges som en forstærkende komponent i produktionen af ​​gummi og plast . Omkring 70% af alt produceret kønrøg bruges til fremstilling af dæk , ~20% til produktion af gummiprodukter . Resten finder anvendelse som sort pigment ; retarder " ældning " af plast; en komponent, der giver plast særlige egenskaber: ( ledende , antistatisk , evne til at absorbere ultraviolet stråling, radarstråling ).

Forstærkende gummi

Den forstærkende effekt af kønrøg i sammensætningen af ​​polymerer skyldes i høj grad dets overfladeaktivitet. Graden af ​​ændring i egenskaberne af gummivulkanisater indeholdende 50 vægt-% kønrøg af forskellige kvaliteter kan vurderes ud fra følgende data (SBR bruges som basis - styren-butadiengummi ):

Klassenavn	Koden	Karakter i henhold til ASTM D1765	Partikelstørrelse , nm	Trækkraft , MPa	Slidstyrke , arb. enheder
Super slidbestandig, ovnbestandig	SAF	N110	20-25	25.2	1,35
Mellemliggende	ISAF	N220	24-33	23.1	1,25
Med høj slidstyrke, ovn	HAF	N330	28-36	22.4	1.00
Hurtig ekstruderende ovn	FEF	N550	39-55	18.2	0,64
Højmodul ovn	HMF	N683	49-73	16.1	0,56
Halvforstærkende ovn	SRF	N772	70-96	14.7	0,48
Middel termisk	MT	N990	250-350	9.8	0,18
Styren butadien gummi	—	—	—	2.5	~0

Ud over fysiske egenskaber giver kønrøg en sort farve til fyldte polymerer. I den forbindelse anvendes til fremstilling af plast, hvor den endelige farve er vigtig (f.eks. skoplastblanding ) , det såkaldte forstærkende fyldstof som forstærkende fyldstof. " hvid sod " (aerosil) - stærkt dispergeret siliciumoxid .

Andelen af ​​"hvid sod" er også stigende i produktionen af ​​bildæk, da gummivulkanisater baseret på det har væsentligt lavere rullende friktionstab , hvilket fører til brændstoføkonomi . Den forstærkende effekt af "hvid sod" og vulkanisaters modstandsdygtighed over for slid er dog stadig væsentligt dårligere end ved anvendelse af kønrøg.

Måder at opnå

Der er flere industrielle måder at opnå kønrøg på. Alle er baseret på termisk ( pyrolyse ) eller termisk-oxidativ nedbrydning af flydende eller gasformige kulbrinter . Afhængigt af de anvendte råmaterialer og metoden til dets nedbrydning er der:

• ovn  - en kontinuerlig proces udført i lukkede cylindriske strømningsreaktorer . Flydende kulbrinteråmaterialer injiceres af mekaniske eller pneumatiske dyser i gasstrømmen ved fuldstændig forbrænding af brændstof ( naturgas , dieselbrændstof ), og strømningshastighederne for alle materialestrømme opretholdes på et givet niveau. Den resulterende reaktionsblanding for at stoppe forgasningsreaktionerne afkøles ved at sprøjte vand ind i strømmen. Kønrøgen separeres fra afgangsgassen og granuleres;
• lampe  - en kontinuerlig proces udført i specielle flowreaktorer. Flydende kulbrinteråmateriale fordamper på grund af tilførsel af varme til skålen, hvori det er placeret. Råmaterialedampene trækker udefrakommende luft ind i reaktoren gennem det ringformede mellemrum mellem reaktorindløbshætten og råmaterialeskålen. Materialestrømme styres kun delvist. Reaktionskanalen i reaktorens haleafsnit afkøles med vand gennem væggen. Carbon black adskilles fra afgangsgassen og emballeres;
• termisk  - processen udføres i parrede reaktorer af en volumetrisk type, der fungerer skiftevis. En af reaktorerne forsynes med gas ( naturlig , acetylen ) blandet med luft, som ved afbrænding opvarmer reaktorbeklædningen . På dette tidspunkt tilføres kun gas (uden luft) til den anden forvarmede reaktor, i løbet af reaktionen afkøles foringen, gasforsyningen overføres til den forberedte reaktor, og den afkølede opvarmes som beskrevet ovenfor;
• kanal  - en periodisk proces, der udføres i specielle kamre med periodisk handling, i hvis gulv spalte (kanal) brændere er installeret. Flammen af ​​det brændende råmateriale (naturgas) ved udgangen af ​​brænderne kolliderer med en vandkølet metalskakt, oxidationsprocessen stopper med frigivelsen af ​​kønrøg, som opsamles inde i kammeret. Det resulterende produkt aflæses med jævne mellemrum manuelt.

Klassifikation

I Den Russiske Føderation bruges to klassifikationer af kønrøg i henhold til GOST 7885 og standarden fra American Society for Testing and Materials ASTM D1765.

I overensstemmelse med klassificeringen i henhold til GOST er der etableret 10 grader af kønrøg. Afhængigt af produktionsmetoden (ovn, kanal, termisk) er mærkerne tildelt bogstavindekser "P", "K", "T". Det numeriske indeks efter bogstavet karakteriserer den gennemsnitlige partikelstørrelse af kønrøg i så mange som snesevis af nanometer . De sidste to digitale indekser blev valgt, da mærket blev godkendt.
De vigtigste fysiske og kemiske egenskaber ved indikatorerne for carbon black-kvaliteter i henhold til GOST er angivet nedenfor:

Mærke i henhold til GOST 7885	Specifik overflade , 10³m²/kg	Jodtal , g/kg	Olieabsorption , 10 −5 m³/kg	Bulk massefylde , kg/m³
P245	119	121	103	330
P234	109	105	101	340
K354	150	—	—	—
P324	84	84	100	340
P514	—	43	101	340
P701	36	—	65	420
P702	37,5	—	70	400
P705	23	—	110	320
P803	16	—	83	320
T900	fjorten	—	—	—

ASTM D1765- klassificeringen er baseret på evnen hos visse carbon black-kvaliteter til at ændre hærdningshastigheden af ​​gummiblandinger . Afhængigt af hvad tildeles mærkerne bogstavindekserne "N" (med en normal vulkaniseringshastighed) og "S" (med en langsom vulkaniseringshastighed, fra det engelske "langsom" - langsom). Det digitale indeks efter bogstavet er nummeret på gruppen af ​​mærker i henhold til det gennemsnitlige specifikke overfladeareal . De sidste to digitale indekser blev valgt, da mærket blev godkendt.
Standarden beskriver (fra 2006 ) 43 kvaliteter af kønrøg, hvoraf "S"-indekset har 2.
De vigtigste fysiske og kemiske egenskaber ved indikatorerne for typiske kvaliteter af kønrøg ifølge ASTM er angivet nedenfor:

Karakter i henhold til ASTM D1765	Specifik overflade , 10³m²/kg	Jodtal , g/kg	Olieabsorption , 10 −5 m³/kg	Bulk massefylde , kg/m³
N110	127	145	113	345
N220	114	121	114	355
S315	89	—	79	425
N330	78	82	102	380
N550	40	43	121	360
N683	36	35	133	355
N772	32	tredive	65	520
N990	otte	—	43	640

Menneskelig påvirkning

Det Internationale Agentur for Kræftforskning vurderer i øjeblikket, at kønrøg er et muligt kræftfremkaldende stof for mennesker og er derfor klassificeret som et gruppe 2B-kræftfremkaldende stof. Kortvarig eksponering for høje koncentrationer af kulsort støv kan forårsage ubehag i de øvre luftveje på grund af mekanisk irritation.

Førende producenter

• Andelen af ​​de førende carbon black-producenter i verdensproduktionen er: " Birla " - 14,8%; " Cabot Corporation " - 14,2%; Orion Engineered Carbons ( tidligere Degussa ) - 9,5%;

• Større indenlandske producenter: " Carbon black plante (Omsk) " - 40%; " Yaroslavsky carbon black " - 32%; Nizhnekamsktehuglerod - 17%.

Den globale produktion af carbon black var i 2009 omkring 10.000.000 tons.

Se også

• Kulstof
• Sod
• hvid sod
• Aktivt kul

Noter

Litteratur

• V. I. Ivanovsky. Teknisk kulstof. Processer og apparater: Lærebog. - Omsk: OAO "Tekhuglerod", 2004.
• V. I. Beryozkin. Kulstof: lukkede nanopartikler, makrostrukturer, materialer. - Sankt Petersborg: ARTEGO, 2013. - 450 s. — ISBN 978-5-91014-051-0

Allotropi af kulstof
sp 3	Diamant Lonsdaleite
sp 2	Grafit Grafen fulleren Nanokegler Nanorør Astralens
sp	Karabin
blandet sp 3 /sp 2	glasagtig kulstof nanoskum
Andet	C1 _ C2 _ C3 _ Nanofibre Fullerite
hypotetisk	metallisk kulstof Chaoite
relaterede	Sod kulsort Kul ( fossil Woody aktiveret )