A black powdery substance formed by the incomplete combustion or pyrolysis of hydrocarbons in the gas phase under strictly controlled process conditions. Its composition is mainly elemental carbon and contains a small amount of oxygen, hydrogen, and sulfur. Carbon black particles are nearly spherical, between 10 and 500μm. Many particles are fused or agglomerated into three-dimensional bonded dendritic or fibrous aggregates. In rubber processing, it is added to rubber as a reinforcing agent and filler through mixing. Carbon black is one of the oldest industrial products.
Physikalische und chemische Eigenschaften von Ruß
The differences between the various carbon blacks are mainly in surface area (or particle size), aggregate morphology, mass distribution of particles and aggregates, and chemical composition.
Oberfläche
Eine der wichtigen Eigenschaften, die zur Identifizierung und Klassifizierung von benanntem Ruß verwendet wird. Die Oberfläche wird durch Gas- oder Flüssigphasenadsorption gemessen. Die klassischste Bestimmungsmethode ist die Niedertemperatur-Stickstoffadsorptionsmethode (d. h. BET-Methode). Da Stickstoffmoleküle relativ klein sind und in die Mikroporen von Ruß eindringen können, charakterisieren die mit dieser Methode gemessenen Ergebnisse die Gesamtoberfläche von Ruß. In den letzten Jahren hat die Forschung mit Makromoleküladsorptionsmethoden (wie CTAB) Erfolg gehabt. Da Makromoleküle nicht in die Mikroporen eindringen können, charakterisieren die Ergebnisse die äußere Oberfläche von Ruß, die „glatte“ Oberfläche. Die meisten Gummiruße sind nicht porös, daher sind die Ergebnisse von BET und CTAB konsistent. Bei einigen pigmentierten Rußen charakterisiert der Unterschied zwischen den beiden Oberflächenmessungen die Rauheit oder Porosität des Rußes. Eine andere Messmethode – die Jodabsorptionsmethode – wird ebenfalls häufig in der Produktionskontrolle und Produktklassifizierung verwendet, da sie sich durch Einfachheit und Geschwindigkeit auszeichnet. Die Ergebnisse werden jedoch vom Oxidationsgrad auf der Oberfläche des Rußes beeinflusst.
Struktur
Die zweite wichtige Eigenschaft von Ruß. Die Struktur von Ruß hängt von der Größe und Form der Aggregate sowie der Anzahl der Partikel und der durchschnittlichen Masse jedes Aggregats ab. Alle diese Eigenschaften beeinflussen den Stapelzustand der Aggregate und das Porenvolumen des Pulvers. Normalerweise wird die Struktur von Ruß anhand des DBP-Ölabsorptionswerts (Dibutylphthalat) ausgedrückt. Der DBP-Wert von Ruß nach viermaliger Kompression unter 170 MPa wird üblicherweise als Kompressionsölabsorptionswert oder 24M4DBP-Wert bezeichnet. Der Kompressionsölabsorptionswert spiegelt den Zustand der Rußaggregate im Gummi wider.
Industrielle Anwendungen von Ruß
Es wird hauptsächlich als Verstärkungsmittel und Füllstoff für Gummi verwendet und sein Verbrauch beträgt etwa die Hälfte des Gummiverbrauchs. Ruß für Gummi macht 941 TP3T des gesamten Rußes aus, von denen etwa 601 TP3T bei der Reifenherstellung verwendet werden. Es wird auch als Farbstoff für Tinten, Farben und Kunststoffe und als UV-Schutzmittel für Kunststoffprodukte verwendet. Es ist auch ein wichtiger Zusatzstoff in vielen anderen Produkten wie Elektroden, Trockenzellen, Widerständen, Sprengstoffen, Kosmetika und Poliercremes.
Ruß wird hauptsächlich in Gummiprodukten verwendet. Je feiner die Partikelgröße von Ruß, desto besser sind seine Verstärkungseigenschaften; je höher der Strukturgrad von Ruß, desto höher sind seine konstante Zugspannung und sein Modul. Verstärkungsvarianten mit feiner Partikelgröße werden hauptsächlich in der Reifenlauffläche verwendet und verleihen Reifen eine hervorragende Verschleißfestigkeit. Für andere Teile des Reifens, wie Seitenwände, Kordlagen, Gürtelpolsterschichten und Innenauskleidung, muss der Gummi Biegerissen und Ozonoxidation widerstehen und eine gute Elastizität und niedrige thermische Eigenschaften aufweisen. In der Regel wird eine dickere Partikelgröße des halbkompensierenden Ofenrußes (spezifische Oberfläche von weniger als 40 m2/g) verwendet.
Pigment mit Rillenschwarz wird häufig in Tinten, Beschichtungen und Kunststoffen verwendet. Tinte, insbesondere Zeitungstinte, wird hauptsächlich in Pigmentrillenschwarz verwendet. Bei der Lackherstellung verleihen hochpigmentierte Rillenschwarze die Schwärze und den Glanz hochwertiger Autolacke, während mittelpigmentierte Rillenschwarze in allgemeinen Industriebeschichtungen verwendet werden. Darüber hinaus werden mittelpigmentierte Rillenschwarze häufig als UV-Schutzmittel für Polyolefine verwendet und dienen zur Verbesserung der Witterungsbeständigkeit von Kunststoffprodukten. Gummirillenschwarz wird hauptsächlich in Reifen verwendet, insbesondere im Laufflächengummi von Gelände- und Maschinenbaureifen, was der Lauffläche eine hohe Festigkeit und gute Verschleißfestigkeit verleiht.
Hot Crack Black wird hauptsächlich für Gummiprodukte verwendet. Aufgrund der groben Partikelgröße und der schlechten Verstärkungsleistung wird es nur für die Verwendung als Füllstoff verwendet, beispielsweise bei der Herstellung von Gummimatten, Schläuchen, Schwammprodukten, Dichtungen, Reifeneinlagen, Wulstgummi, Isolierprodukten usw.