Hình minh họa: Muội than được sử dụng trong nhiều sản phẩm và vật phẩm mà chúng ta sử dụng và nhìn thấy xung quanh chúng ta hàng ngày

Carbon Black là một dạng carbon được thiết kế kỹ thuật cao được sử dụng rộng rãi trong sơn, chất phủ và mực in để đạt được phổ từ màu xám đến màu đen đậm. Theo thời gian, các đặc tính của sắc tố carbon black đã được sửa đổi để đạt được các đặc tính cần thiết trong sản phẩm cuối cùng, chẳng hạn như tăng cường độ pha màu, cải thiện mức độ phản lực hoặc màu xanh lam và độ dẫn điện.

Khám phá các quy trình sản xuất muội than khác nhau và các đặc tính cần xem xét trong khi chọn muội than phù hợp cho các công thức của bạn bằng cách xem xét:

Carbon Black được sản xuất như thế nào?

Các tính chất chính của đen carbon

Màu đen carbon cho lớp phủ và mực

Tìm đúng loại carbon đen cho ứng dụng của bạn

Tính chất và công dụng cuối cùng của Carbon Black

Muội than được sử dụng trong nhiều sản phẩm và vật phẩm mà chúng ta sử dụng và nhìn thấy xung quanh chúng ta hàng ngày, chẳng hạn như:

- Cao su

- Chất dẻo

- Lớp phủ

- Lốp xe

- Mực in

Do đó, các yêu cầu đối với muội than là khác nhau đối với từng ứng dụng và ảnh hưởng đến các đặc tính cụ thể trong ứng dụng cuối cùng.

Đối với thị trường chất phủ, có rất nhiều loại carbon black. Điều này có thể gây khó khăn trong việc chọn carbon black phù hợp nhất cho ứng dụng cuối cùng của bạn.

Ví dụ, khi nhắm đến sơn ô tô với tông màu xanh lam, màu đen được lựa chọn sẽ có độ phản xạ cao. Tuy nhiên, thông thường các loại màu đen này khó phân tán một cách chính xác thành kích thước hạt mong muốn.

Các nhà sản xuất màu đen đang giải quyết những vấn đề này bằng cách phát triển các loại màu đen đặc biệt đã được biến đổi bề mặt và / hoặc được xử lý trước để khắc phục những khó khăn này.

Carbon Black được sản xuất như thế nào?

Các đặc tính của muội than bị ảnh hưởng bởi phương pháp điều chế. Các quy trình khác nhau được sử dụng để sản xuất muội than được thảo luận dưới đây.

Quá trình đen trong lò: Đây là phương pháp phổ biến nhất sử dụng dầu hydrocacbon (thơm) làm nguyên liệu. Do năng suất cao và khả năng kiểm soát kích thước và cấu trúc của hạt, nó thích hợp nhất để sản xuất hàng loạt muội than.

Trong lò phản ứng, các điều kiện (ví dụ như áp suất và nhiệt độ) được kiểm soát để tạo ra một số phản ứng. Các phản ứng quan trọng nhất bao gồm:

- Sự tạo mầm hạt

- Sự phát triển của hạt

- Tổng hợp hình thành

Phun nước làm giảm nhanh nhiệt độ và kết thúc phản ứng. Kích thước và cấu trúc hạt cơ bản của muội than được kiểm soát bằng cách điều chỉnh các điều kiện trong lò phản ứng và thời gian cho phép trước khi phản ứng được dập tắt.

Quá trình nung đen nhiệt: Đây là phương pháp phổ biến nhất được sử dụng để sản xuất muội than sau quá trình nung đen lò. Nó là một quá trình không liên tục hoặc theo chu kỳ.

Quá trình này sử dụng khí mêtan tự nhiên làm nguyên liệu. Khi khí tự nhiên được bơm vào lò trong môi trường trơ, khí sẽ phân hủy thành carbon đen và hydro.

Carbon đen được tạo ra bằng phương pháp này có kích thước hạt lớn nhất và mức độ kết tụ hoặc cấu trúc thấp nhất. Do bản chất của nguyên liệu thô, muội than này là dạng tinh khiết nhất hiện có trên quy mô công nghiệp.

Quá trình kênh: Quá trình này sử dụng nhiên liệu đốt cháy một phần được đưa vào tiếp xúc với thép kênh hình chữ H. Nó không phải là phương pháp được sử dụng nhiều nhất nữa vì:

- Vấn đề môi trường

- Giá khí đốt tự nhiên tăng

- Năng suất thấp

Lợi ích của quá trình này là nó cung cấp muội than với rất nhiều nhóm chức năng.

Quá trình đen axetylen: Quá trình này sử dụng khí axetylen làm nguyên liệu. Nó chủ yếu tạo ra cấu trúc cao và độ kết tinh cao hơn, làm cho loại carbon đen này thích hợp cho các ứng dụng dẫn điện.

Quy trình Lampblack: Đây là quy trình công nghiệp lâu đời nhất để tạo ra muội than. Nó sử dụng dầu khoáng / thực vật làm nguyên liệu thô.

Màu đen carbon phục hồi từ lốp xe hết tuổi thọ

Carbon đen thu hồi hoặc (r) CB là một thị trường mở rộng nhanh chóng. Carbon đen thu hồi có được thông qua quá trình nhiệt phân của lốp xe hết tuổi thọ. Tầm quan trọng của các công ty trong việc sản xuất và sử dụng carbon đen thu hồi gấp ba lần:

- Các vấn đề toàn cầu ngày càng tăng phát sinh với lốp xe hết tuổi thọ (ELT)

- Các công ty chuyển đổi chiến lược để hoàn thành các mục tiêu đảm bảo một nền kinh tế xanh

- Thay đổi giá của muội than thông thường do sự biến động của giá dầu

Tùy theo thành phần, hàm lượng muội than trong lốp xe có thể lên đến 30%. Bên cạnh màu đen carbon, lốp xe bao gồm:

- Cao su

- Phụ gia chế biến cao su

- Kim loại

- Dệt may

- Chất độn như silica

Lượng silica tùy thuộc vào loại lốp, ví dụ như lốp mùa đông hay mùa hè, lốp xe đua hoặc lốp xe nông nghiệp, và sẽ không tách khỏi muội than trong quá trình nhiệt phân, điều này sẽ dẫn đến hàm lượng tro cao hơn.

Trong một loại lốp xe ô tô thông thường, có thể sử dụng tới 15 loại muội than khác nhau, mỗi loại do các đặc tính khác nhau yêu cầu. Sự pha trộn giữa black carbon này sau đó cũng sẽ là thành phần tạo nên thành phần CB (r) cuối cùng. Ngoài lốp xe, các nguồn khác có thể được sử dụng là băng tải cao su hoặc các sản phẩm cao su kỹ thuật khác.

Sự hiện diện của các điều kiện trơ trong quá trình nhiệt phân là rất quan trọng để không tạo ra muội than.

Sự khác biệt chính về đặc tính của muội than thu hồi là:

- Hàm lượng tro cao hơn đối với (r) CB do chất độn được sử dụng trong sản xuất lốp xe.

- Một sự pha trộn của đặc tính đen carbon là kết quả của màu đen carbon được sử dụng trong lốp xe.

- Các hydrocacbon dư trên bề mặt cacbon đen, tùy thuộc vào chất lượng của quá trình nhiệt phân.

Để hiểu các đặc tính của (r) CB ảnh hưởng như thế nào đến các ứng dụng cuối cùng và để biết muội than được sử dụng trong loại nào, chúng ta cần hiểu sự khác biệt cơ bản giữa các muội than có sẵn.

Lê Quỳnh (Dịch)