Karbon siyahı - Carbon black
İsimler | |
---|---|
Diğer isimler
Asetilen siyahı; Kanal siyahı; fırın siyahı; Lamba siyahı; Termal siyah; CI Pigment Siyah 6
|
|
tanımlayıcılar | |
3B model ( JSmol )
|
|
ECHA Bilgi Kartı | 100.014.191 |
AT Numarası | |
E numarası | E152 (renkler) |
ÜNİİ | |
CompTox Panosu ( EPA )
|
|
|
|
Özellikler | |
C | |
Molar kütle | 12.011 g·mol -1 |
Dış görünüş | siyah katı |
Yoğunluk | 1.8-2.1 g/cm3 (20 °C) |
pratik olarak çözünmez | |
Tehlikeler | |
Ölümcül doz veya konsantrasyon (LD, LC): | |
LD 50 ( ortalama doz )
|
> 15400 mg/kg (oral sıçan) 3000 mg/kg (dermal, tavşan) |
Aksi belirtilmedikçe, veriler standart durumdaki malzemeler için verilmiştir (25 °C [77 °F], 100 kPa'da). |
|
Bilgi kutusu referansları | |
Karbon siyahı (alt tipler asetilen siyahı , kanal siyahı , fırın siyahı , lamba siyahı ve termal siyahtır ), Sıvı katalitik kırma katranı, kömür katranı , etilen kırma katranı veya bitkisel maddeler gibi ağır petrol ürünlerinin eksik yanması ile üretilen bir malzemedir . Karbon siyahı, aktif karbondan daha düşük olsa da, yüzey alanı-hacim oranı yüksek olan bir parakristal karbon şeklidir . Çok daha yüksek yüzey alanı-hacim oranı ve önemli ölçüde daha düşük (ihmal edilebilir ve biyolojik olarak temin edilemeyen) polisiklik aromatik hidrokarbon (PAH) içeriği bakımından kuruma benzemez . Bununla birlikte, karbon siyahı, dizel oksidasyon deneyleri için dizel kurum için bir model bileşik olarak yaygın olarak kullanılmaktadır. Karbon karası, esas olarak bir takviye edici olarak kullanılan dolgu maddesi olarak lastik ve kauçuk ürünleri. Plastiklerde, boyalarda ve mürekkeplerde renk pigmenti olarak karbon siyahı kullanılır . AB gibi bazı yerlerde bitkisel maddelerden üretiliyorsa gıda renklendiricisi olarak kullanılır (E153).
Mevcut Uluslararası Kanser Araştırmaları Ajansı (IARC) değerlendirmesi, "Karbon siyahı muhtemelen insanlar için kanserojendir ( Grup 2B )" şeklindedir. Yüksek konsantrasyonlarda karbon siyahı tozuna kısa süreli maruz kalma , mekanik tahriş yoluyla üst solunum yollarında rahatsızlığa neden olabilir.
Yaygın kullanımlar
Karbon siyahının en yaygın kullanımı (%70) otomobil lastiklerinde pigment ve güçlendirici faz olarak kullanılmasıdır. Karbon siyahı ayrıca ısıyı lastiğin sırt ve kemer bölgesinden uzaklaştırmaya yardımcı olarak termal hasarı azaltır ve lastik ömrünü uzatır. Dünya üretiminin yaklaşık %20'si kayışlara, hortumlara ve diğer lastik dışı kauçuk ürünlere gidiyor. Terazi esas olarak mürekkeplerde, kaplamalarda ve plastiklerde pigment olarak kullanılır.
Polipropilene karbon siyahı eklenir, çünkü ultraviyole radyasyonu emer , aksi takdirde malzemenin bozulmasına neden olur. Bazı radar emici malzemelerde , fotokopi makinesinde ve lazer yazıcı tonerinde ve diğer mürekkeplerde ve boyalarda karbon siyahı parçacıkları da kullanılır . Karbon siyahının yüksek renklendirme gücü ve kararlılığı, reçinelerin ve filmlerin renklendirilmesinde de kullanım sağlamıştır. Karbon siyahı elektronik için çeşitli uygulamalarda kullanılmıştır. İyi bir elektrik iletkeni olan karbon siyahı, plastiklerde, elastomerlerde, filmlerde, yapıştırıcılarda ve boyalarda dolgu maddesi olarak kullanılır. Otomobil yakıt kapaklarında ve borularında antistatik katkı maddesi olarak kullanılır.
Bitkisel kökenli karbon siyahı, Avrupa'da katkı maddesi E153 olarak bilinen bir gıda boyası olarak kullanılır . Avustralya ve Yeni Zelanda'da katkı maddesi 153 (Karbon siyahları veya Bitkisel karbon) olarak kullanım için onaylanmıştır, ancak ABD'de yasaklanmıştır. Renk pigmenti karbon siyahı, yiyecek ve içecek ambalajlarında uzun yıllardır yaygın olarak kullanılmaktadır. ABD'de, Avrupa ve Asya'nın bazı bölgelerinde ve Güney Afrika'da çok katmanlı UHT süt şişelerinde ve Yeni Zelanda'da mikrodalgaya uygun yemek tepsileri ve et tepsileri gibi öğelerde kullanılır.
Kanada Hükümeti'nin 2011'deki kapsamlı karbon siyahı incelemesi, karbon siyahının Kanada'da tüketiciler için gıda ambalajları da dahil olmak üzere ürünlerde kullanılmaya devam edebileceği sonucuna varmıştır. Bunun nedeni, "çoğu tüketici ürününde karbon siyahının bir matrise bağlı olması ve örneğin plastiklerde ve kauçuklarda bir pigment olarak maruz kalmaya uygun olmaması" ve "karbon siyahının çevreye bir miktar veya konsantrasyonda veya altında girmemesinin önerilmesiydi. Kanada'da insan yaşamı veya sağlığı için tehlike oluşturan veya oluşturabilecek koşullar.”
Avustralasya'da, ambalajdaki renk pigmenti karbon siyahı, AB veya ABD ambalaj düzenlemelerinin gerekliliklerine uygun olmalıdır. Herhangi bir renklendirici kullanılıyorsa, Avrupa kısmi anlaşması AP(89)1'i karşılamalıdır.
Toplam üretim, 2006 yılında yaklaşık 8.100.000 mt (8.900.000 mt) civarındaydı. 13.2 milyon mt olarak tahmin edilen ve 13.7 milyar ABD$ değerinde olan küresel karbon siyahı tüketiminin, 2015 yılında 13.4 milyon mt değerinde 13.4 milyon mt'a ulaşması bekleniyor. 2016 yılında milyar
Küresel tüketimin 2016 ve 2022 yılları arasında %5.6'lık bir CAGR'yi (bileşik yıllık büyüme oranı) koruması ve 2022 yılına kadar 20,4 milyar ABD Doları değerinde 19.2 milyon mt'a ulaşması bekleniyor.
Karbon siyahlarının güçlendirilmesi
Karbon siyahının en yüksek hacimde kullanımı kauçuk ürünlerde, özellikle lastiklerde takviye edici dolgu maddesi olarak kullanılır. Stiren-bütadienin saf sakız vulkanizasyonu , 2 MPa'dan fazla olmayan bir gerilme mukavemetine ve ihmal edilebilir aşınma direncine sahipken , bunun ağırlıkça %50 karbon siyahı ile birleştirilmesi, aşağıdaki tabloda gösterildiği gibi gerilme mukavemetini ve aşınma direncini iyileştirir. Havacılık endüstrisinde, motor takozları gibi uçak titreşim kontrol bileşenleri için elastomerlerde sıklıkla kullanılır.
İsim | Kısalt. | ASTM tasarımı |
Parçacık Boyutu nm |
Çekme mukavemeti MPa |
Bağıl laboratuvar aşınması |
Göreceli yol aşınması aşınması |
---|---|---|---|---|---|---|
Süper Aşınma Fırını | SAF | N110 | 20-25 | 25.2 | 1.35 | 1.25 |
orta seviye SAF | ISAF | N220 | 24-33 | 23.1 | 1.25 | 1.15 |
Yüksek Aşınma Fırını | HAF | N330 | 28–36 | 22.4 | 1.00 | 1.00 |
Kolay İşleme Kanalı | EPC | N300 | 30–35 | 21.7 | 0.80 | 0.90 |
Hızlı Ekstrüzyon Fırını | FEF | N550 | 39-55 | 18.2 | 0.64 | 0,72 |
Yüksek Modüllü Fırın | HMF | N660 | 49-73 | 16.1 | 0,56 | 0.66 |
Yarı Güçlendirme Fırını | SRF | N770 | 70-96 | 14.7 | 0.48 | 0.60 |
İnce Termal | FT | N880 | 180–200 | 12.6 | 0.22 | - |
Orta Termal | MT | N990 | 250–350 | 9.8 | 0.18 | - |
Pratik olarak, çekme ve aşınma aşınma özelliklerinin önemli olduğu tüm kauçuk ürünler karbon siyahı kullanır, bu nedenle siyah renklidirler. Beyaz tenis ayakkabıları gibi fiziksel özelliklerin önemli olduğu ancak siyah dışındaki renklerin istendiği durumlarda, karbon siyahı yerine çökeltilmiş veya füme silika kullanılmıştır . Silika bazlı dolgu maddeleri, daha düşük yuvarlanma kaybı nedeniyle yakıt verimliliği ve ıslak yol tutuşu için daha iyi bir denge sağladıkları için otomotiv lastiklerinde de pazar payı kazanıyor . Geleneksel olarak silika dolgu maddeleri daha kötü aşınma aşınma özelliklerine sahipti, ancak teknoloji yavaş yavaş karbon siyahı aşınma performansıyla eşleşebilecekleri bir noktaya geldi.
Pigment
Karbon siyahı ( Color Index International , PBK-7), geleneksel olarak ahşap veya kemik gibi kömürleşen organik malzemelerden üretilen yaygın bir siyah pigmentin adıdır. Siyah görünür, çünkü tayfın görünür kısmında sıfıra yakın bir albedo ile çok az ışık yansıtır . Gerçek albedo, kaynak malzemeye ve üretim yöntemine bağlı olarak değişir. Her biri karbon siyahı üretmek için geleneksel bir yöntemi yansıtan çeşitli isimlerle bilinir:
- Fildişi siyah geleneksel olarak (bkz fildişi veya kemik yakılması suretiyle üretildi kemik kömürü ).
- Asma siyahı geleneksel olarak kurutulmuş üzüm asmaları ve saplarının kömürleştirilmesiyle üretilirdi .
- Lamba siyahı geleneksel olarak kandillerden is toplanarak üretilirdi.
Tüm bu karbon siyahı türleri, tarih öncesi çağlardan beri boya pigmentleri olarak yaygın olarak kullanılmıştır. Rembrandt , Vermeer , Van Dyck ve daha yakın zamanda Cézanne , Picasso ve Manet resimlerinde karbon siyahı pigmentleri kullandılar. Tipik bir örnek, siyah elbiselerin ve erkek şapkalarının fildişi siyahına boyandığı Manet'nin " Tuileries'de Müzik " dir.
Karbon siyahı üretmenin daha yeni yöntemleri, bu geleneksel kaynakların yerini büyük ölçüde almıştır. İçin zanaat amaçları için, herhangi bir yolla, karbon siyahı, yaygın kalır.
Yüzey ve yüzey kimyası
Tüm karbon karalarının yüzeylerinde üretim koşullarına bağlı olarak değişen derecelerde kimyasal olarak absorbe edilmiş oksijen kompleksleri (yani karboksilik , kinik , laktonik, fenolik gruplar ve diğerleri) bulunur. Bu yüzey oksijen grupları topluca uçucu içerik olarak adlandırılır. Uçucu içeriğinden dolayı iletken olmayan bir malzeme olduğu da bilinmektedir.
Kaplama ve mürekkep endüstrileri, asitle oksitlenmiş karbon siyahı derecelerini tercih eder. Siyahın doğal yüzey kimyasını değiştirmek için üretim süreci sırasında yüksek sıcaklıktaki kurutucularda asit püskürtülür. Performans özelliklerini geliştirmek için siyahın yüzey alanındaki kimyasal olarak bağlı oksijen miktarı arttırılır.
Emniyet
kanserojenlik
Karbon siyahı insanlar için olası kanserojen olarak kabul edilir ve insan epidemiyolojik çalışmalarında yetersiz kanıtla birlikte deney hayvanlarında yeterli kanıt bulunduğundan Grup 2B kanserojen olarak sınıflandırılır . Hayvan çalışmalarında karsinojenisite kanıtı, sıçanlarda yapılan iki kronik inhalasyon çalışmasından ve iki intratrakeal damlatma çalışmasından elde edilmiştir ve bu çalışma, maruz kalan hayvanlarda önemli ölçüde yüksek akciğer kanseri oranları göstermiştir. Fareler üzerinde yapılan bir inhalasyon çalışması, maruz kalan hayvanlarda önemli ölçüde yüksek akciğer kanseri oranları göstermedi. Epidemiyolojik veriler , karbon siyahı üretim işçilerinin üç kohort çalışmasından gelmektedir . Birleşik Krallık ve Almanya'dan yapılan ve her bir çalışma grubunda 1000'den fazla işçinin yer aldığı iki çalışma, akciğer kanserinden ölüm oranlarının arttığını gösterdi. Amerika Birleşik Devletleri'nde 5.000'den fazla karbon siyahı işçisi üzerinde yapılan üçüncü bir çalışma, yüksek ölüm oranı göstermedi. Birleşik Krallık çalışmasından elde edilen bir güncellemede artan akciğer kanseri mortalitesine ilişkin daha yeni bulgular, karbon siyahının geç evre kanserojen olabileceğini düşündürmektedir . Bununla birlikte, Almanya'dan daha yeni ve daha büyük bir çalışma bu hipotezi doğrulamadı.
İş güvenliği
Karbon siyahı üreten çalışanların, ham haliyle güvenli olmayan karbon siyahı dozlarını teneffüs etme riski altında olmadığından emin olmak için katı kurallar mevcuttur ve yürürlüktedir. Çalışanları karbon siyahının solunmasından uygun şekilde korumak için solunum kişisel koruyucu ekipmanı tavsiye edilir. Önerilen solunum koruması türü, kullanılan karbon siyahı konsantrasyonuna bağlı olarak değişir.
Kişiler işyerinde solunması ve cilt veya göz ile teması yoluyla karbon siyahına maruz kalabilir. Mesleki Güvenlik ve Sağlık Dairesi (OSHA) yasal sınırı (belirledi izin verilen maruz kalma sınırı 3.5 mg / m işyerinde karbon siyahı maruz kalma) 3 , 8 saatlik bir iş günü boyunca. Mesleki Güvenlik ve Sağlık Ulusal Enstitüsü (NIOSH) bir belirledi Önerilen sınır değerli , 3.5 mg / m (İ) 3 , 8 saatlik bir iş günü boyunca. 1750 mg'lık / m seviyelerinde 3 , karbon siyahı yaşamın ve sağlığın hemen tehlikeli .
Ayrıca bakınız
- Aktif karbon
- biyokömür
- George Oenslager - kauçukta karbon siyahının erken kullanımı
- Jean-Baptiste Donnet - karbon siyahı öncüsü
- Joseph C. Krejci - karbon siyahı öncüsü
- Kværner süreci - hidrokarbonlardan üretim
- inorganik pigmentlerin listesi
- Siegfried Wolff - karbon siyahı öncüsü
- William B. Wiegand - karbon siyahı öncüsü
Referanslar
daha fazla okuma
- Doerner, Max. Sanatçının Malzemeleri ve Resimde Kullanımı: Eski Ustaların Teknikleri Üzerine Notlar ile , Gözden Geçirilmiş Baskı. Harcourt (1984). ISBN 0-15-657716-X . Bu, orijinal olarak Almanca olarak yayınlanan bir çalışmanın çağdaş İngilizce baskısıdır .
- Meyer, Ralph. Sanatçının Malzeme ve Teknik El Kitabı . Beşinci Baskı, Gözden Geçirilmiş ve Güncellenmiştir. Viking (1991) ISBN 0-670-83701-6
- Karbon Siyahı: Bir kullanıcı kılavuzu . Uluslararası Karbon Karası Derneği tarafından yayınlanmıştır .
Dış bağlantılar
- Uluslararası Kimyasal Güvenlik Kartı 0471
- "Karbon siyahı" – Kimyasal Tehlikeler için NIOSH Cep Kılavuzu , CDC web sitesi girişi
- "Karbon Siyah Sanayi" den Teksas Handbook Online'da
- Uluslararası Karbon Karası Derneği
- Özel Karbon Siyahları - PentaCarbon GmbH