O negro de fumo é um importante material industrial amplamente utilizado em borracha, plásticos, tintas, revestimentos e outros campos. As regras de nomenclatura e as características da marca do negro de fumo são cruciais para entender seu desempenho e aplicações. Este artigo discutirá as regras de nomenclatura do negro de fumo em detalhes, analisará as características do negro de fumo de diferentes marcas e explorará seu desempenho em várias aplicações.
EU. Definição e conceitos básicos de negro de fumo
O negro de fumo é uma substância preta micropulverulenta gerada pela combustão incompleta ou pirólise de hidrocarbonetos sob condições controladas. O principal componente é o carbono, que contém uma pequena quantidade de impurezas como oxigênio, hidrogênio e enxofre. O negro de fumo tem uma alta área de superfície e boa condutividade, tornando-o um importante material de enchimento e pigmento.
As principais áreas de aplicação do negro de fumo incluem materiais de reforço de borracha, corantes plásticos, materiais condutores, agentes antiestáticos e pigmentos. As características do negro de fumo, como tamanho de partícula, estrutura, área de superfície, condutividade e propriedades químicas da superfície, afetam diretamente sua eficácia em diferentes aplicações.
II. Regras de nomenclatura do negro de fumo
A nomenclatura do negro de fumo é geralmente baseada em seu processo de produção, tamanho de partícula, estrutura e área de superfície. Essas regras de nomenclatura nos ajudam a entender rapidamente as principais propriedades físicas e químicas de um tipo específico de negro de fumo.
1. Processo de produção do negro de fumo
Os processos de produção de negro de fumo são divididos principalmente em negro de fumo de fornalha, negro de fumo de canal, negro de fumo de craqueamento térmico e negro de fumo de acetileno. Diferentes métodos de produção afetarão o tamanho das partículas, a estrutura e a área de superfície do negro de fumo.
Forno preto: Este é o processo de produção mais amplamente utilizado e responde pela grande maioria da produção global de negro de fumo. O negro de fumo é feito pela queima de hidrocarbonetos líquidos ou gasosos em um forno de alta temperatura. Ele é caracterizado pelo tamanho de partícula controlável e uma variedade de tipos de produtos. O nome do negro de fumo geralmente começa com "N", seguido por três dígitos, como N220, N330, etc.
Canal preto: Este processo gera principalmente negro de fumo na superfície do queimador por meio de hidrocarbonetos gasosos. O negro de canal tem um tamanho de partícula muito pequeno e características estruturais altas. É usado principalmente em tintas e revestimentos de alta qualidade. Seu nome geralmente começa com “C”.
Craqueamento térmico de negro de fumo: Isto é produzido pela reação de decomposição térmica de alcanos sob condições livres de oxigênio. O negro de fumo produzido por este método tem um tamanho de partícula maior e estrutura mais baixa, tornando-o adequado para enchimentos em borracha e plásticos condutores.
Acetileno preto: Isso é gerado pelo craqueamento do gás acetileno em altas temperaturas. Ele tem pureza, condutividade e tamanho de partícula extremamente altos, sendo frequentemente usado em materiais altamente condutores, como baterias e eletrodos.
2. Tamanho das partículas e estrutura do negro de fumo
O tamanho de partícula e a estrutura do negro de fumo são parâmetros importantes que determinam suas propriedades físicas. O tamanho de partícula é geralmente expresso em nanômetros, enquanto a estrutura se refere ao grau de agregação de partículas de negro de fumo, tipicamente caracterizado pelo valor de absorção de DBP (Dibutil Ftalato). Quanto maior o valor, mais complexa a estrutura.
Tamanho da partícula: Quanto menor o tamanho de partícula do negro de fumo, maior a área de superfície específica e melhor o efeito de reforço, embora também possa aumentar a dificuldade de processamento. Por exemplo, o tamanho de partícula do N110 é menor que 20 nanômetros, enquanto o do N330 está entre 30-60 nanômetros.
Estrutura: A estrutura do negro de fumo afeta diretamente as propriedades físicas e mecânicas do material, como força e resistência ao desgaste. O negro de fumo de alta estrutura (como N220) geralmente tem um efeito de reforço significativo, mas requer especificações mais altas para equipamentos de mistura durante o processamento.
3. Área de superfície do negro de fumo
A área de superfície específica do negro de fumo refere-se à área de superfície total do negro de fumo por unidade de massa, que é geralmente medida pelo método BET e expressa em m²/g. O tamanho da área de superfície afeta diretamente o desempenho de reforço e a capacidade de coloração do negro de fumo. Em termos gerais, quanto maior a área de superfície específica do negro de fumo, menor o tamanho da partícula, resultando em um melhor efeito de reforço e uma capacidade de coloração mais forte.
III. Principais qualidades de negro de fumo e suas características
De acordo com as regras de nomenclatura mencionadas acima, diferentes graus de negro de fumo exibem diferenças significativas em estrutura, tamanho de partícula, área de superfície e mais. A seguir, uma análise detalhada das características de alguns dos principais graus de negro de fumo.
1. Série N100 negro de fumo
A série N100 inclui N110, N115, N121, etc. Este tipo de negro de fumo tem uma área de superfície e estrutura extremamente altas, com um tamanho de partícula muito fino, geralmente menor que 20 nanômetros. Essas características tornam a série N100 particularmente eficaz no reforço de borracha, especialmente em aplicações que exigem alta resistência ao desgaste e ao rasgo.
N110: N110 é o grau representativo desta série, com o menor tamanho de partícula e o mais alto desempenho de reforço. É usado principalmente para borracha de piso em pneus de alto desempenho, produtos de borracha industrial e muito mais, melhorando significativamente a resistência ao rasgo e ao desgaste do material. No entanto, devido à sua alta estrutura, pode haver certas dificuldades de dispersão durante o processamento, e os requisitos para equipamentos de mistura são relativamente altos.
2. Série N200 Carbon Black
O negro de fumo da série N200 inclui N220, N231, N234, etc. Esses graus têm tamanhos de partículas um pouco maiores do que a série N100, mas ainda mantêm uma estrutura alta, tornando-os adequados para aplicações que exigem alto reforço e fácil processamento.
N220: N220 é uma classe mais comum na série N200, oferecendo um melhor equilíbrio de desempenho geral. Sua estrutura e efeito de reforço são superiores aos da série N300, e é normalmente usado em bandas de rodagem de pneus, produtos de borracha industrial, correias transportadoras e outras aplicações que exigem alta resistência ao desgaste. N220 também tem desempenho de processamento relativamente bom, mantendo excelente resistência ao desgaste.
N234: O N234 tem uma área de superfície maior que o N220, proporcionando um efeito de reforço mais forte, mas com desempenho de processamento relativamente ruim. É adequado para aplicações que exigem resistência ao desgaste extremamente alta, como pneus de corrida.
3. Série N300 Carbon Black
O negro de fumo da série N300 inclui N330, N339, N351, etc., e é uma das séries de negro de fumo mais amplamente utilizadas. Essas classes têm áreas de superfície e estruturas médias, oferecendo bom desempenho de processamento e efeitos de reforço, e são comumente usadas em pneus em geral e vários produtos de borracha industrial.
N330: N330 é o negro de fumo geral mais típico, apresentando tamanho e estrutura de partículas moderados, tornando-o adequado para a maioria dos produtos de borracha. Sua faixa de aplicação é ampla, incluindo sulcos de pneus, paredes laterais, mangueiras, vedações e muito mais.
N339: O N339 tem uma estrutura e área de superfície maiores, resultando em uma capacidade de reforço mais forte em comparação ao N330, mas a dificuldade de processamento aumenta de acordo. É adequado para produtos de borracha com requisitos de desempenho mais altos, como pneus de engenharia e pneus para serviços pesados.
4. Série N500 Carbon Black
O negro de fumo da série N500 inclui graus como N550 e N560, que têm áreas de superfície e estruturas menores. Eles fornecem bom desempenho de processamento e certos efeitos de reforço, tornando-os adequados para produtos que precisam de maior resistência, mas não exigem alta resistência ao desgaste.
N550: N550 é o grau representativo desta série, conhecido por seu bom desempenho de processamento e capacidade de recuperação elástica. É amplamente utilizado em produtos de borracha, como paredes laterais de pneus, mangueiras e bainhas de cabos. Sua baixa área de superfície e estrutura contribuem para baixa perda de histerese e excelente resistência ao envelhecimento em aplicações.
5. Série N600 Carbon Black
O negro de fumo da série N600, incluindo graus como N660 e N683, é caracterizado por grandes tamanhos de partículas e baixa estrutura. Esse tipo de negro de fumo é normalmente usado em aplicações que exigem bom desempenho de processamento, como câmaras de ar e borracha de amortecedores.
N660: N660 é uma classe típica na série N600, oferecendo bom desempenho de processamento e capacidade de recuperação elástica. É adequado para produtos de borracha que exigem baixa perda de histerese, como revestimentos internos de pneus e materiais de interior automotivo.
6. Série N700 Carbon Black
O negro de fumo da série N700, incluindo graus como N772 e N774, tem a menor estrutura e área de superfície. É adequado para aplicações com baixos requisitos de resistência ao desgaste, mas boa elasticidade e resistência à fadiga.
N772: O N772 apresenta uma baixa área de superfície específica e estrutura, tornando-o usado principalmente em aplicações como revestimentos internos de pneus e interiores automotivos que exigem baixa resistência ao desgaste, mas alta elasticidade. Sua baixa área de superfície e estrutura contribuem para uma boa resistência à fadiga.
7. N990 Carbono Negro
O negro de fumo N990 tem um tamanho de partícula maior, tipicamente entre 250-350 nanômetros. Isso resulta em uma área de superfície específica menor (cerca de 9-11 m²/g) em comparação com a maioria dos negros de fumo de forno. Isso leva a um efeito de reforço menor. O negro de fumo N990 tem uma estrutura muito baixa, fornecendo uma forte capacidade de enchimento em borracha, mas efeito de reforço limitado. Portanto, é mais adequado para aplicações que exigem alta elasticidade e baixa perda de histerese.
Devido à sua estrutura única, o negro de fumo N990 oferece boa resistência ao calor e ao envelhecimento em borracha. Sua estrutura baixa ajuda a evitar a deformação de produtos de borracha em altas temperaturas e fornece boa resistência ao ozônio.
Ao contrário dos negros de fumo de alta estrutura, o negro de fumo N990 tem condutividade extremamente baixa. É muito eficaz em aplicações que exigem propriedades de isolamento. Também é uma escolha ideal para certos cabos, vedações e outros produtos de borracha que exigem isolamento elétrico.
8. Pigmento Preto
Pigment Black é um tipo de negro de fumo usado especificamente para colorir. Ele tem poder de tingimento extremamente alto e estabilidade de luz, com um tamanho de partícula geralmente abaixo de 10 nanômetros. Pigment Black é amplamente usado em produtos que exigem coloração preta profunda, como tintas, revestimentos e plásticos.
Características: As principais características do Pigment Black incluem seu tamanho de partícula extremamente fino e alta pureza. Ele permite que ele forneça um efeito de coloração preta de alta intensidade, juntamente com boa estabilidade à luz e resistência às intempéries. Dependendo dos diferentes requisitos de aplicação, o Pigment Black também pode ajustar sua área de superfície e estrutura. Neste caso ele atinge diferentes intensidades de coloração e desempenho de dispersão.
Aplicativo: O Pigmento Preto é amplamente usado em tintas de impressão, produtos plásticos, revestimentos, materiais de construção e outros campos. Devido ao seu forte poder de tingimento, uma pequena quantidade de Pigmento Preto pode atingir um efeito de coloração eficaz. Isso o torna comum na fabricação de masterbatch e tinta.
Como um importante material industrial, as regras de nomenclatura e as características da marca do negro de fumo fornecem referências essenciais para compreensão e aplicação. As diferenças no tamanho das partículas, estrutura, área de superfície e outras propriedades entre diferentes marcas de negro de fumo determinam seu desempenho. Por exemplo, em borracha, plásticos, revestimentos, materiais condutores e outros campos. Ao selecionar e usar adequadamente o negro de fumo, as propriedades dos materiais podem ser otimizadas para atender às necessidades específicas da aplicação. Essas propriedades desempenham um papel indispensável na produção industrial moderna e servem como uma base crucial para projetar materiais de alto desempenho.
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