¿Qué es el negro de carbono? Un componente esencial en la fabricación de muchos productos que utilizamos todos los días haciendolosmás fuertes, de color más intenso y duradero. El negro de carbono en su forma pura es un fino polvo negro esencialmente compuesto de carbón. Es fabricado mediante el quemado parcial y pirólisis de residuos de petróleo de bajo valor a altas temperaturas bajo condiciones controladas de proceso.

El negro de carbono es principalmente utilizado para fortalecer el caucho en neumáticos, pero también puede actuar como pigmento, estabilizador de rayos ultravioleta y agente conductivo o aislante en diferentes aplicaciones de caucho, plástico, tinta y revestimientos. Además de neumáticos, otros usos cotidianos del negro de carbono incluyen mangueras, cintas transportadoras, plásticos, tintas de impresión y revestimientos automotrices.

Las propiedades fundamentales del negro de carbono determinan el rendimiento de la aplicación. Estas incluyen:

• Tamaño de Partícula
• Estructura
• Porosidad
• Química Superficial o Actividad Superficial
• Forma Física

Medida por microscopio electrónico, esta es una propiedad fundamental que tiene un efecto significante en las propiedades del caucho, como también en las propiedades de color para productos especiales de negro de carbono.

Para los productos especiales de negro de carbono, diámetros más pequeños de partícula dan lugar a áreas superficiales y poder de tintura superiores. Un área superficial superior es normalmente asociada a mayor intensidad, conductividad superior, mejor resistencia a la intemperie y mayor viscosidad , pero requiere una mayor fuerza de dispersión.

Para el caucho, las partículas más finas dan lugar a un refuerzo aumentado,una mayor resistencia a la abrasión y resistencia la tracción mejorada. Sin embargo, para dispersar tamaños más finos de partículas se requiere mayor tiempo de mezcla y energía. Los tamaños típicos de partículas varían entre los 8 nanómetros hasta los 100 nanómetros para negros de carbono de hornos. El área superficial es utilizado en la industria como un indicador del nivel de finura del negro de carbono y, por lo tanto, del tamaño de partícula.

Esta es una medida de la fusión tridimensional de partículas de negro de carbono para formar agregados que muchas veces contienen un gran número de partículas. El tamaño y grado de ramificación de los agregados es conocido como estructura.

Los Negros de carbono altamente estructurados aportan una viscosidad superior, mayor conductividad eléctrica, y una dispersión más fácil para productos de especialidades de negros de carbono. Las medidas de estructura agregada se pueden obtener de las distribuciones de forma del análisis EM, la absorción de petróleo (OAN) o el análisis de volumen en vacío.

En definitiva, el nivel estructural del negro de carbono determina sus efectos en varias propiedades importantes en el caucho. El aumento de la estructura del negro de carbono aumenta el módulo, la dureza, la conductividad eléctrica y mejora la capacidad de dispersión del negro de carbono; sin embargo, aumenta la viscosidad de compuesto.

Esta es una propiedad fundamental del negro de carbono que puede ser controlada durante el proceso productivo. Puede afectar la medida del área superficial, proporcionando un área superficial total (NSA) superior al valor externo (STSA).

Productos de especialidades de negros de carbono conductivos tienden a tener un alto grado de porosidad, mientras que un aumento a la porosidad también permite que un mezclador de caucho aumente la carga de negro de carbono, manteniendo una gravedad específica de compuesto. Esto resulta en un aumento en el módulo de compuesto y la conductividad eléctrica para una carga establecida.

Esto es una función del proceso de fabricación y el registro de calor de un negro de carbono, y generalmente se refiere a los grupos presentes en la superficie de un negro de carbono que contienen oxígeno.

Para productos de especialidades de negros de carbono, las superficies oxidadas mejoran la humectación pigmentaria, dispersión, reología, y rendimiento general en sistemas seleccionados. En otros casos, la oxidación aumenta la resistividad eléctrica y hace que los negros de carbono sean más hidrofílos. La extensión de la oxidación superficial es medida determinando la cantidad del componente “volátil” en el negro de carbono. Altos niveles volátiles están asociados con un pH bajo.

A pesar de ser difícil de medir para el caucho, la química superficial se manifiesta a través de sus efectos en tales propiedades en caucho como la resistencia a la abrasión, resistencia a la tracción, histéresis y módulo. Los efectos de la actividad superficial sobre las características de curado dependerán fuertemente del sistema de curado utilizado.

Esto es importante para emparejar el negro de carbono con el equipo por el cuál será dispersado. La forma física (peletas o polvo) pueden afectar las características de manipulación y mezcla.

El grado final de dispersión también es una función de los procedimientos y equipos de mezcla utilizados. Negros de carbono en polvo son recomendados en dispersores de baja cizalla y en molinos de tres rodillos. Negros de carbono en peletas son recomendados para molinos de tiro, molinos de bola, y otros equipos de alta energía. Las peletas proporcionan un empolvado inferior, capacidades de manipulación a granel, y mayores densidades a granel, mientras que negros de carbono en polvo ofrecen una capacidad de dispersión mejorada.