технічний вуглець

Частинки технічного вуглецю є глобули. що складаються з деградованих графітових структур. Межплоскостное відстань між графітоподібний шарами складає 0,35-0,365 нм (для порівняння, в графіті 0,335 нм).

Розмір частинок (13-120 нм) визначає «дисперсність» техвуглецю. Фізико-хімічними показниками, що характеризує дисперсність, є питома поверхня. Поверхня частинок володіє шорсткістю, за рахунок наповзають один на одного шарів. Мірою шорсткості служить співвідношення між показниками питомої поверхні техвуглецю і його йодним числом (оскільки йодне число визначає повну поверхню частинок з урахуванням шорсткостей).

Частинки в процесі отримання об'єднуються в т. Н. «Агрегати», що характеризуються «структурностью» - розгалуженістю - мірою якої служить показник абсорбції масла.

Агрегати злипаються в менш міцні освіти - «пластівці».

Крім атомів вуглецю в складі технічного вуглецю присутні атоми сірки. кисню. азоту.

Техуглерод має високорозвиненою поверхнею (5-150 м² / г), зі значною активністю. На поверхні виявляються т. Н. кінцеві групи (-COOH, -CHO, -OH, -C (O) -O-, -C (O) -), а також сорбованих залишки розклалися вуглеводнів. Їх кількість безпосередньо залежить від способу отримання і подальшої обробки вуглецевих частинок. Для отримання пігментів часто частки техвуглецю піддають окислювальному обробці кислотами.

Справжня щільність частинок технічного вуглецю - 1,76-1,9 г / см ³. Насипна щільність пластівчастого ( «порошить») техвуглецю становить 330-420 кг / м³. Для зручності транспортування і використання технічний вуглець гранулюють до щільності 300-600 кг / м³.

Технічний вуглець застосовується в якості підсилює компонента у виробництві гум і пластичних мас. Близько 70% всього виробленого техвуглецю використовується у виробництві шин.

20% у виробництві гумово-технічних виробів. Інша кількість знаходить застосування в якості чорного пігменту; сповільнювач «старіння» пластмас; компонента, що додає пластмасам спеціальні властивості: (електропровідні. антистатичні. здатність поглинати ультрафіолетове випромінювання, випромінювання радарів).

Підсилює дію техвуглецю в складі полімерів багато в чому обумовлено його поверхневою активністю. Оцінити ступінь зміни властивостей гумових вулканізат, що містять 50% по масі технічного вуглецю різних марок, можна на основі наступних даних (в якості основи використаний БСК - бутадієн-стірольний каучук):

Марка по
ASTM D1765

Слід зазначити, що крім прекрасних фізичних властивостей техвуглець надає наповненим полімерів чорне забарвлення. У зв'язку з чим, для виробництва пластмас, для яких важливий кінцевий колір (наприклад взуттєвої пластикат) в якості підсилює наповнювача застосовують т. Н. «Білу сажу» (аеросил) - високодисперсний оксид кремнію.

Справедливості заради слід зазначити, що частка «білої сажі» зростає і у виробництві автомобільних шин, оскільки гумові вулканізат на її основі мають значно меншими втратами на тертя при коченні, що призводить до економії палива. Однак, підсилює дію «білої сажі» і опірність вулканизатов стирання поки істотно гірше, ніж при використанні техвуглецю.

Існує кілька промислових способів отримання технічного вуглецю. В основі всіх лежить термічне (піроліз) або термоокислювальне розкладання рідких або газоподібних вуглеводнів. Залежно від застосовуваного сировини і способу його розкладання розрізняють:

пічної - безперервний процес, який здійснюється в закритих циліндричних проточних реакторах. Рідке вуглеводневу сировину впорскується механічними або пневматичними форсунками в потік газів повного згоряння палива (природний газ. Дизельне паливо), причому витрати всіх матеріальних потоків підтримуються на заданому рівні. Отриману реакційну суміш для припинення реакцій газифікації охолоджують, впорскуючи в потік воду. Техуглерод виділяють з продуктів згоряння і гранулюють;
ламповий - безперервний процес, який здійснюється в спеціальних проточних реакторах. Рідке вуглеводневу сировину випаровується за рахунок підведення теплоти до чаші, в якій воно знаходиться. Пари сировини захоплюють всередину реактора зовнішнє повітря через кільцевої зазор між прийомним парасолькою реактора і чашею для сировини. Матеріальні потоки контролюються лише частково. Реакційний канал в хвостовій частині реактора охолоджується через стінку водою. Техуглерод виділяють з продуктів згоряння і упаковують;
термічний - процес здійснюється в парних реакторах об'ємного типу, що працюють поперемінно. В один з реакторів подають газ (природний. Ацетилен) в суміші з повітрям, який, згоряючи, нагріває футеровку реактора. У цей час у другій попередньо нагрітий реактор подають тільки газ (без повітря), в ході протікання реакції футеровка остигає, подачу газу переводять в підготовлений реактор, а остиглий розігрівають, як описано вище;
канальний - періодичний процес, який здійснюється в спеціальних камерах періодичної дії, в підлозі яких встановлені щілинні (канальні) пальника. Полум'я згорає сировини (природний газ) на виході з пальників стикається з охолоджуваним водою металевим жолобом, процес окислення припиняється з виділенням техвуглецю, який збирається всередині камери. Отриманий продукт періодично вивантажують вручну.

В Україні застосовуються дві класифікації технічного вуглецю по ГОСТ 7885 і стандарту американського суспільства випробування матеріалів ASTM D1765.

Відповідно до класифікації по ГОСТ встановлені 10 марок технічного вуглецю. Залежно від способу отримання (пічної, канальний, термічний) маркам привласнені буквені індекси «П», «К», «Т». Наступний за буквеним цифровий індекс характеризує середній розмір часток техвуглецю в цілих десятках нанометрів. Два останніх цифрових індексу вибиралися при затвердженні марки.
Основні фізико-хімічні характеристики показники марок техвуглецю за ГОСТ наведені нижче:

Марка по
ГОСТ 7885

Насипна щільність,
кг / м³

Вплив на людину

За поточними оцінками Міжнародного агентства з досліджень в області раку, технічний вуглець, можливо. є канцерогенною речовиною для людини і з цієї причини віднесений до групи 2B за класифікацією канцерогенних речовин. Короткочасний вплив високих концентрацій пилу техвуглецю може викликати дискомфорт у верхніх дихальних шляхах за рахунок механічного подразнення.

Частка лідируючих виробників техвуглецю в світовому виробництві становить: «Birla» - 14,8%; «Cabot Corporation» - 14,2%; «Orion Engineered Carbons» (колишня Degussa) - 9,5%;

Найбільші вітчизняні виробники: «Завод технічного вуглецю (г.Омск)» - 40%; «Ярославський технічний вуглець» - 32%; «Ніжнекамсктехуглерод» - 17%.