کربن بلک یا پیگمنت مشکی Black Pigment

 کربن بلک یا پیگمنت مشکی 7 (CI pigment black 7) ذرات کربنی ریز و آمورفی هستند که معمولا از سوختن ناقص هیدروکربن ها بدست آمده و در ساخت تایر برای تقویت لاستیک و کاربردهای مشابه در صنعت لاستیک بیشترین کاربرد را دارد. این پودر بسیار مشکی که قدرت رنگدهی بالایی نیز دارد در پوشرنگ ها، مرکب ها، کاغذهای کربنی استفاده می شود. کربن پلاک در پوشش های حفاظتی، پلاستیک ها و مقاومت هایی که در مدارهای الکتریکی قرار می گیرند نیز کاربرد دارد.
کربن بلک به دلیل خاصیت رسانایی که دارد در کاربردهایی که نباید در اثر سایش یا موارد دیگر الکتریسیته ساکن روی قطعه پلیمری جمع شود نظیر تایرهای کامیون های حاوی مواد اشتعال زا نیز در درصدهای بالاتر از معمول کاربرد دارد.
ویژگی های کاربردی کربن بلک به خصوص در صنعت مواد پلیمری از اندازه ذره، پخش اندازه، ساختار (نحوه ی تجمع ذرات پایه) سطح ویژه و ساختار شیمیایی سطح ذرات ناشی می شود.
ذرات پایه (پرایمری پارتیکل) برای کربن بلک در محدوده 10 تا 300 نانومتر هستند و به همین دلیل سطح ویژه این ماده برای ذرات درشت تر از مقادیر 10 متر مربع بر گرم شروع شده و به برای پودر های بسیار ریز تا 1200 متر مربع بر گرم نیز می تواند باشد. دو مشکل کاربردی کربن بلک یکی سبکی و پخش شدن آسان با جریان هوا است که باعث ایجاد آلودگی در محیط کار می شود و مشکل دوم تر شدن پیگمنت در بستر مواد پلیمری به خصوص مذاب پلیمری می باشد. در صنعت پلاستیک برای پخش موفقیت آمیز این پیگمنت در مذاب پلیمری بایستی از مقادیر مناسب از دیسپرس کننده های قوی و تجهیزات با تنش برشی بالا استفاده نمایید. پخش موفقیت آمیز در اینجا بسیار حائز اهمیت می باشد زیرا به خصوص در مواردی که کربن بلک برای تیره کردن شیدهای دیگر استفاده می شود حفظ ثبات رنگ که مستقیما به میزان دیسپرس شدن کربن بلک برمیگردد بسیار مهم می باشد.
عمق رنگی کربن بلک با اندازه ذره رابطه عکس دارد. زمانی که اندازه ذره کاهش می یابد تعداد ذرات در درصد ثابت بیشتر می شود که باعث می شود میزان جذب نور بیشتر شده پراکنش نور از سطح ذرات کاهش یابد به طوری که برای ذرات بسیار ریز می توان سطوحی با جذب 99.5% ایجاد کرد که دارای رنگ مشکی عمیق یا سنگین هستند و بالعکس پیگمنت های درشت تر دارای رنگ های اصطلاحا سبک تری هستند. ته رنگ قهوه ای و مشکی کربن بلک نیز از نسبت میزان جذب به پخش نور ایجاد می شود که اشاره کردیم که از اندازه ذره ناشی می شود. اگر یک نمونه ترانسپارنت داشته باشیم استفاده از پیگمنت های درشت تر باعث می شود که قطعه مانند فیلتری با ته رنگ آبی عمل نموده اما رنگ خود قطعه را مشکی مایل به قهوه ای می کند.

شکل1: رابطه اندازه ذره و ویژگی های کربن بلک

هر چقدر که ذرات پیگمنت در تجمعات خود درشت تر و بازتر باشند پیگمنت مورد نظر دارای استراکچر بالاتری است این استراکچر معمولا راحتتر پخش می شود اما جذب روغن بالاتری داشته و رئولوژی سیستم را بیشتر تحت تاثیر می گذارد. از دیگر سو براقیت این سیستم پایین تر است. به علت اینکه در این گونه ساختارها پیگمنت های بیشتری با یکدیگر در اتصال هستند رسانایی سیستم در اثر حضور پیگمنت بهتر می باشد.

شکل2: رابطه ساختار (آرایش تجمعات پیگمنتی) با ویژگی ها

ذرات کربن بلک معمولا کروی یا شبه کروی بود کریستالینیته آنها به مراتب از ترکیباتی نظیر گرافیت کمتر است. اما در اثر حرارت دهی در دماهای نزدیک 3000 درجه سانتی گراد می تواند به گرافیت تبدیل شود.
اندازه ذرات کربن بلک معمولا به پروسه ای بستگی دارد که این ماده تحت آن تولید شده باشد. گرید چنل در واقع از دود شعله های جت مانندی که روی کانال های آهنی رسوب می کنند تولید می شود. کانال های فلزی در حال دوران بوده و توسط تیغه های ثابتی پودر مشکی رنگ از روی آن تراشیده می شود.
گرید فرنیس یا کوره ای از سوزاندن ناقص مشتقات نفتی مایع یا گاز در محفظه های نسوز تولید می شوند.
کربن بلک های گرید حرارتی از برخورد هیدروکربن ها با لوله های داغ و تجزیه حرارتی در عدم حضور هوا بدست می آیند.
لمب بلک که قدیمی ترین نوع پیگمنت کربن بلک است از سوختن روغن، معمولا قطران زغال سنگ در سینی های پهن در داخل کوره ایجاد می شود.
استیلن بلک نیز از تجزیه حرارتی استیل در 800 درجه سانتی گراد در کوره های نسوز در غیاب هوا ایجاد می شود و برای کاربردهای که رسانایی بایستی بالا باشد کاربرد دارد.

شکل 3: انواع پیگمنت کربن بلک.

مراجع:

Albrecht Müller, Coloring of Plastics: Fundamentals – Colorants – Preparations, chap.5