Jump to content

Технический углерод

(Перенаправлено с «Ламповая сажа» )
Технический углерод
Имена
Другие имена
  • Ацетилен черный
  • Канал черный
  • Печь черная
  • Лампа черная
  • Термальный черный
  • CI Пигмент Черный 6
Идентификаторы
3D model ( JSmol )
Информационная карта ECHA 100.014.191 Отредактируйте это в Викиданных
Номер ЕС
  • 215-609-9
номер Е E152 (цвета)
НЕКОТОРЫЙ
Характеристики
С
Молярная масса 12.011  g·mol −1
Появление Черный сплошной
Плотность 1,8–2,1   г/см 3 (20   °С) [ 1 ]
Практически нерастворим [ 1 ]
Опасности
Летальная доза или концентрация (LD, LC):
> 15400   мг/кг (перорально, крыса) [ 1 ]
3000   мг/кг (дермально, кролик) [ 1 ]
Если не указано иное, данные приведены для материалов в стандартном состоянии (при 25 °C [77 °F], 100 кПа).
Рабочий завода технического углерода, 1942 год.

Углеродная сажа (с подтипами ацетиленовая сажа , канальная сажа , печная сажа , ламповая сажа и термическая сажа ) — материал, получаемый в результате неполного сгорания каменноугольной смолы , растительных веществ или нефтепродуктов , включая мазут, смолу жидкого каталитического крекинга и этилен. растрескивание при ограниченном доступе воздуха. Углеродная сажа — это форма паракристаллического углерода , которая имеет высокое соотношение площади поверхности к объему , хотя и ниже, чем у активированного угля . Он отличается от сажи гораздо более высоким соотношением площади поверхности к объему и значительно более низким (незначительным и небиодоступным) полициклических ароматических углеводородов содержанием (ПАУ).

Углеродная сажа используется в качестве красителя и армирующего наполнителя в шинах и других резиновых изделиях; пигмент и добавка для защиты от износа в пластмассах, красках и пигментах чернил . [ 2 ] В ЕС он используется в качестве пищевого красителя, если его производят из растительного сырья (Е153).

Текущая оценка Международного агентства по исследованию рака (IARC) гласит: «Техуглерод, возможно, канцерогенен для человека ( Группа 2B )». [ 3 ] Кратковременное воздействие высоких концентраций черной пыли может вызвать дискомфорт в верхних дыхательных путях вследствие механического раздражения.

Обычное использование

[ редактировать ]

Наиболее распространенное использование (70%) технического углерода — в качестве пигмента и армирующей фазы в автомобильных шинах. Углеродная сажа также помогает отводить тепло от протектора и пояса шины, уменьшая термические повреждения и увеличивая срок службы шины. Его низкая стоимость делает его обычным дополнением к катодам и анодам и считается безопасной заменой металлического лития в литий-ионных батареях. [ 4 ] Около 20% мирового производства приходится на ремни, шланги и другие резиновые изделия, не относящиеся к шинам. Остальные 10% технического углерода приходится на пигменты в чернилах, покрытиях и пластмассах, а также в качестве проводящей добавки в литий-ионных батареях. [ 5 ]

Углеродная сажа добавляется в полипропилен, поскольку он поглощает ультрафиолетовое излучение, что в противном случае приводит к разрушению материала. Частицы технического углерода также используются в некоторых радиопоглощающих материалах , в тонере для копировальных аппаратов и лазерных принтеров , а также в других чернилах и красках. Высокая красящая способность и стабильность технического углерода также позволили использовать его для окраски смол и пленок. [ 6 ] Углеродная сажа использовалась в различных приложениях для электроники. Хороший проводник электричества, углеродная сажа используется в качестве наполнителя в пластмассах, эластомерах, пленках, клеях и красках. [ 6 ] Используется в качестве антистатической присадки в крышках топливных баков и трубках автомобилей.

Технический углерод растительного происхождения используется в качестве пищевого красителя, известного в Европе как добавка Е153 . Он одобрен для использования в качестве добавки 153 (технический углерод или растительный углерод) в Австралии и Новой Зеландии. [ 7 ] но был запрещен в США. [ 8 ] Цветной пигмент углеродная сажа уже много лет широко используется в упаковке пищевых продуктов и напитков. Он используется в многослойных бутылках для молока, прошедших ультрапастеризацию, в США, некоторых частях Европы и Азии, а также в Южной Африке, а также в таких предметах, как подносы для еды и мяса, которые можно разогревать в микроволновой печи, в Новой Зеландии.

Обширный обзор технического углерода, проведенный канадским правительством в 2011 году, пришел к выводу, что технический углерод может продолжать использоваться в продуктах, включая упаковку пищевых продуктов для потребителей, в Канаде. Это произошло потому, что «в большинстве потребительских товаров сажа связана в матрице и недоступна для воздействия, например, в качестве пигмента в пластмассах и резинах» и «предполагается, что сажа не попадает в окружающую среду в количестве или концентрациях или при условия, которые представляют или могут представлять опасность в Канаде для жизни или здоровья людей». [ 9 ]

В Австралазии цветной пигмент сажа в упаковке должен соответствовать требованиям правил упаковки ЕС или США. Если используется какой-либо краситель, он должен соответствовать Европейскому частичному соглашению AP(89)1. [ 10 ]

Общий объем производства в 2006 году составил около 8 100 000 метрических тонн (8 900 000 коротких тонн). [ 11 ] Ожидается, что мировое потребление технического углерода, оцениваемое в 13,2 миллиона метрических тонн на сумму 13,7 миллиарда долларов США в 2015 году, достигнет 13,9 миллиона метрических тонн на сумму 14,4 миллиарда долларов США в 2016 году.

Хотя технический углерод отличается от сажи и подобных частиц, его можно использовать в качестве модельного соединения для дизельной сажи, чтобы лучше понять, как дизельная сажа ведет себя в различных условиях реакции. Технический углерод и дизельная сажа имеют некоторые схожие свойства, такие как размеры частиц, плотность и способность к адсорбции сополимеров, что способствует их схожему поведению в различных реакциях, таких как эксперименты по окислению. [ 12 ] [ 13 ] [ нужен лучший источник ]

Прогнозируется, что в период с 2016 по 2022 год мировое потребление сохранит среднегодовой темп роста (совокупный годовой темп роста) на уровне 5,6%, достигнув 19,2 миллиона метрических тонн на сумму 20,4 миллиарда долларов США к 2022 году. [ 14 ]

Усиление технического углерода

[ редактировать ]

Наибольший объем использования технического углерода приходится на использование в качестве армирующего наполнителя в резиновых изделиях, особенно в шинах. В то время как чистая вулканизированная бутадиен-стирольная смола имеет прочность на разрыв не более 2 МПа и незначительную стойкость к истиранию, добавление к ней 50% технического углерода по массе улучшает ее прочность на разрыв и износостойкость, как показано в таблице ниже. Он часто используется в аэрокосмической промышленности в эластомерах для компонентов контроля вибрации самолетов, таких как опоры двигателя.

Некоторые типы технического углерода, используемые в шинах, пластмассах и красках.
Имя Сокращение. АСТМ
желание
Частица
Размер
нм
Растяжимый
сила
МПа
Родственник
лаборатория
истирание
Родственник
дорожная одежда
истирание
Супер абразивная печь САФ N110 20–25 25.2 1.35 1.25
Средний уровень SAF НИЖЕ N220 24–33 23.1 1.25 1.15
Высокоабразивная печь ЛЕТО Н330 28–36 22.4 1.00 1.00
Простой канал обработки EPC Н300 30–35 21.7 0.80 0.90
Быстрая экструдирующая печь ФЭФ Н550 39–55 18.2 0.64 0.72
Высокомодульная печь ХМФ Н660 49–73 16.1 0.56 0.66
Полуарматурная печь СРФ N770 70–96 14.7 0.48 0.60
Тонкая термическая обработка ФТ N880 180–200 12.6 0.22
Средняя термическая МТ N990 250–350 9.8 0.18

Практически во всех резиновых изделиях, для которых важны свойства на растяжение и истирание, используется технический углерод, поэтому они имеют черный цвет. Там, где физические свойства важны, но желательны цвета, отличные от черного, например, белые теннисные туфли, осажденным или коллоидным диоксидом кремния углеродную сажу заменяют . Наполнители на основе диоксида кремния также завоевывают долю рынка автомобильных шин, поскольку они обеспечивают лучший компромисс между топливной экономичностью и управляемостью на мокрой дороге благодаря меньшим потерям качения. Традиционно кремнеземные наполнители имели худшие характеристики абразивного износа, но технология постепенно улучшилась до такой степени, что они могут соответствовать характеристикам абразивного износа сажи.

Углеродная сажа ( Color Index International , PBK-7) — это название обычного черного пигмента, традиционно получаемого из обугленных органических материалов, таких как дерево или кость. Он кажется черным, потому что отражает очень мало света в видимой части спектра, а альбедо близко к нулю. Фактическое альбедо варьируется в зависимости от исходного материала и метода производства. Он известен под множеством названий, каждое из которых отражает традиционный метод получения технического углерода:

  • Черную слоновую кость традиционно производили путем обугливания слоновой кости или костей (см. костяной уголь ).
  • Черный виноград традиционно получали путем обугливания высушенных виноградных лоз и стеблей.
  • Ламповую сажу традиционно производили путем сбора сажи масляных ламп.

Все эти виды технического углерода широко использовались в качестве пигментов для красок с доисторических времен. [ 15 ] Рембрандт , Вермеер , Ван Дейк , а в последнее время Сезанн , Пикассо и Мане. [ 16 ] использовали в своих картинах пигменты сажи. Мане . Типичный пример – « Музыка в Тюильри » [ 17 ] где черные платья и мужские шляпы окрашены в черный цвет слоновой кости. [ 18 ]

Новые методы производства технического углерода в значительной степени вытеснили эти традиционные источники. [ нужна ссылка ] Для кустарных целей остается распространенным технический углерод, добываемый любыми способами. [ 6 ]

Поверхность и химия поверхности

[ редактировать ]

Все сажи имеют на своей поверхности хемосорбированные кислородные комплексы (т. е. карбоксильные , хиноновые , лактоновые, фенольные группы и другие) в различной степени в зависимости от условий производства. [ 19 ] Эти поверхностные кислородные группы вместе называются летучими компонентами. Также известно, что он является непроводящим материалом из-за его летучего содержания.

Производители покрытий и чернил предпочитают сорта технического углерода, окисленные кислотой. Кислота распыляется в высокотемпературных сушилках во время производственного процесса, чтобы изменить химический состав поверхности сажи. Количество химически связанного кислорода на поверхности сажи увеличено для улучшения эксплуатационных характеристик.

Использование в литий-ионных батареях

[ редактировать ]
Общая структура технического углерода.

Углеродная сажа является распространенной проводящей добавкой для литий-ионных батарей, поскольку частицы имеют небольшие размеры и большую удельную поверхность (SSA), что позволяет добавке хорошо распределяться по катоду или аноду, а также является дешевым и долговечным. . [ 5 ] [ 20 ] В отличие от графита , который является одним из других распространенных материалов, используемых в заряжаемых батареях, технический углерод состоит из кристаллических решеток, которые расположены дальше друг от друга и способствуют + интеркаляция , потому что она открывает больше путей для хранения лития. [ 20 ]

Углеродная сажа имеет низкую плотность, что позволяет диспергировать большой объем ее, поэтому ее проводящие эффекты распределяются равномерно по всей батарее. [ 21 ] [ 22 ] Кроме того, расположение хаотически распределенных графитоподобных кристаллов повышает стабильность батареи из-за снижения потенциального барьера интеркаляции лития в графит, что в конечном итоге влияет на производительность катодов. [ 20 ]

Хотя технический углерод легкий, хорошо распределяется по всей батарее и повышает проводящие характеристики батарей, он также содержит кислородсодержащие гидрофильные функциональные группы, которые могут вызывать побочные реакции в батарее и приводить к разложению электролита. Графитизация (нагрев) технического углерода может термически разложить гидрофильные функциональные группы и, таким образом, увеличить срок службы батареи, сохраняя при этом проводящие способности технического углерода и одновременно уменьшая ущерб, который может быть нанесен батареям гидрофильными функциональными группами.

Полуэлементы, созданные с тяжелой графитацией, легкой графитацией и без графитации, показали, что ячейка, созданная с тяжелой графитацией, имела стабильный циклический срок службы 320 циклов, ячейка с легкой графитацией показала стабильный циклический срок службы 200 циклов, а ячейка без графитации показал стабильный срок службы в 160 циклов. [ 5 ]

Безопасность

[ редактировать ]

Канцерогенность

[ редактировать ]

Углеродная сажа считается потенциально канцерогенной для человека и классифицируется как канцероген группы 2B, поскольку имеется достаточно доказательств на экспериментальных животных и недостаточные доказательства в эпидемиологических исследованиях на людях . [ 3 ] Доказательства канцерогенности в исследованиях на животных получены в результате двух исследований при хроническом вдыхании и двух исследований при интратрахеальной инстилляции на крысах, которые показали значительно повышенный уровень заболеваемости раком легких у животных, подвергшихся воздействию. [ 3 ] Исследование ингаляционного воздействия на мышах не выявило значительного увеличения заболеваемости раком легких у животных, подвергшихся воздействию. [ 3 ] Эпидемиологические данные получены в результате трех когортных исследований рабочих, производящих сажу. Два исследования, проведенные в Великобритании и Германии с участием более 1000 работников в каждой исследовательской группе, показали повышенную смертность от рака легких. [ 3 ] Третье исследование с участием более 5000 рабочих, работающих с углеродом в США, не выявило повышенной смертности. [ 3 ] Новые данные о повышении смертности от рака легких в обновленной версии британского исследования позволяют предположить, что технический углерод может быть канцерогеном на поздней стадии . [ 23 ] [ 24 ] Однако более недавнее и более масштабное исследование, проведенное в Германии, не подтвердило эту гипотезу. [ 25 ]

Охрана труда

[ редактировать ]

Существуют строгие правила, гарантирующие, что сотрудники, производящие технический углерод, не подвергаются риску вдыхания небезопасных доз технического углерода в сыром виде. [ 26 ] органов дыхания средства индивидуальной защиты Для надлежащей защиты работников от вдыхания технического углерода рекомендуется использовать . Рекомендуемый тип защиты органов дыхания варьируется в зависимости от концентрации используемого технического углерода. [ 27 ]

Люди могут подвергнуться воздействию технического углерода на рабочем месте при вдыхании и контакте с кожей или глазами. Управление по охране труда (OSHA) установило юридический предел ( допустимый предел воздействия ) для воздействия технического углерода на рабочем месте на уровне 3,5 мг/м. 3 более 8-часового рабочего дня. Национальный институт охраны труда (NIOSH) установил рекомендуемый предел воздействия (REL) 3,5 мг/м. 3 более 8-часового рабочего дня. На уровне 1750 мг/м 3 Технический углерод непосредственно опасен для жизни и здоровья . [ 28 ]

См. также

[ редактировать ]
  1. ^ Jump up to: а б с д Запись в базе данных веществ ГЕСТИС Института охраны труда.
  2. ^ «Рыночное исследование: Технический углерод» . Цересана . Проверено 26 апреля 2013 г.
  3. ^ Jump up to: а б с д и ж Кумпель, Эйлин Д.; Сорахан, Том (2010). «Определение потребностей в исследованиях для определения канцерогенности высокоприоритетных канцерогенов МАИР» (PDF) . Мнения и мнения экспертов совещания экспертной группы IARC/NORA, Лион, Франция, 30 июня – 2 июля 2009 г. Техническая публикация IARC № 42. Лион, Франция: Международное агентство по исследованию рака . 42 : 61–72 . Проверено 30 августа 2012 г.
  4. ^ Гнанамуту, РМ.; Ли, Чан У (01 ноября 2011 г.). «Электрохимические свойства технического углерода Super P как анодно-активного материала для литий-ионных аккумуляторов» . Химия и физика материалов . 130 (3): 831–834. doi : 10.1016/j.matchemphys.2011.08.060 . ISSN   0254-0584 .
  5. ^ Jump up to: а б с Ци, Синь; Близанац, Берислав; ДюПаскье, Орельен; Лал, Арчит; Нихофф, Филип; Плаке, Тобиас; Ольяча, Миодраг; Ли, Цзе; Зима, Мартин (2015). «Влияние термически обработанной проводящей добавки технического углерода на характеристики высоковольтного композитного катодного электрода LiNi 0,5 Mn 1,5 O 4, легированного шпинелью и хромом» . Журнал Электрохимического общества . 162 (3): А339–А343. дои : 10.1149/2.0401503jes . ISSN   0013-4651 .
  6. ^ Jump up to: а б с «Примеры применения технического углерода» . Митсубиси Кемикал . Проверено 14 января 2013 г.
  7. ^ Кодекс пищевых стандартов Австралии и Новой Зеландии «Стандарт 1.2.4 – Маркировка ингредиентов» . 8 сентября 2011 года . Проверено 27 октября 2011 г.
  8. ^ FDA США: «Список статусов цветных добавок» . Управление по контролю за продуктами и лекарствами . Проверено 27 октября 2011 г.
  9. ^ «Проект предварительной оценки задачи» . 29 января 2010 года . Проверено 14 января 2013 г.
  10. ^ «Кодекс пищевых стандартов Австралии и Новой Зеландии» . Архивировано из оригинала 20 декабря 2012 г. Проверено 14 января 2013 г.
  11. ^ «Что такое технический углерод» . Международная ассоциация технического углерода. Архивировано из оригинала 1 апреля 2009 г. Проверено 14 апреля 2009 г.
  12. ^ Гроуни, Дэвид Дж.; Михайлик, Александр О.; Миддлмисс, Лоуренс; Филдинг, Ли А.; Дерри, Мэтью Дж.; Араграг, Наджиб; Лэмб, Гордон Д.; Армс, Стивен П. (29 сентября 2015 г.). «Является ли углеродная сажа подходящей моделью коллоидного субстрата для дизельной сажи?» . Ленгмюр . 31 (38): 10358–10369. doi : 10.1021/acs.langmuir.5b02017 . ISSN   0743-7463 . ПМИД   26344920 . S2CID   206670654 .
  13. ^ «Экспериментальное и кинетическое исследование взаимодействия коммерческой сажи с NO при высокой температуре» (PDF) . Архивировано (PDF) из оригинала 15 февраля 2013 г. Проверено 25 апреля 2012 г.
  14. ^ Технический углерод — обзор мирового рынка, январь 2016 г. • Отчет отраслевых экспертов CP024 • 328 страниц.
  15. ^ Уинтер, Дж. и Уэст ФитцХью, Э., Пигменты на основе углерода, в Берри, редактор BH, «Пигменты для художников», Справочник по их истории и характеристикам, том 4, стр. 1–37.
  16. ^ Черная кость , ColourLex
  17. ^ Бомфорд Д., Кирби Дж., Лейтон Дж., Рой А. Искусство в процессе создания: импрессионизм. Публикации Национальной галереи, Лондон, 1990, стр. 112–119.
  18. ^ Эдуард Мане, «Музыка в саду Тюильри» , ColourLex
  19. ^ Хеннион, Мари-Клер (июль 2000 г.). «Графитированные угли для твердофазной экстракции». Журнал хроматографии А. 885 (1–2): 73–95. дои : 10.1016/S0021-9673(00)00085-6 . ПМИД   10941668 .
  20. ^ Jump up to: а б с Ху, Цзинвэй; Чжун, Шэнвэнь; Ян, Тинтин (01 октября 2021 г.). «Использование технического углерода для облегчения быстрой зарядки литий-ионных аккумуляторов» . Журнал источников энергии . 508 : 230342. Бибкод : 2021JPS...50830342H . дои : 10.1016/j.jpowsour.2021.230342 . ISSN   0378-7753 .
  21. ^ Юнеси, Реза; Кристиансен, Ане Селанд; Сципиони, Роберто; Нго, Дюк-Те; Симонсен, Сорен Бредмоз; Эдстрем, Кристина; Хьельм, Йохан; Норби, Пол (2015). «Анализ интерфазы на саже, образующейся в высоковольтных батареях» . Журнал Электрохимического общества . 162 (7): А1289–А1296. дои : 10.1149/2.0761507jes . ISSN   0013-4651 . S2CID   53486824 .
  22. ^ Доминко, Роберт; Габерчек, Миран; Дрофеник, Джерней; Беле, Марьян; Пейовник, Стейн; Ямник, Янко (1 июня 2003 г.). «Роль распределения технического углерода в катодах литий-ионных аккумуляторов» . Журнал источников энергии . Избранные доклады, представленные на 11-м Международном совещании по литиевым батареям. 119–121: 770–773. Бибкод : 2003JPS...119..770D . дои : 10.1016/S0378-7753(03)00250-7 . ISSN   0378-7753 .
  23. ^ Сорахан Т., Харрингтон Дж. М. (2007). «Дальний» анализ риска рака легких у британских рабочих, производящих сажу, 1951–2004 гг.». Am J Ind Med . 50 (8): 555–564. дои : 10.1002/ajim.20481 . ПМИД   17516558 .
  24. ^ Уорд Э.М., Шульте П.А., Стрейф К., Хопф Н.Б., Колдуэлл Дж.К., Карреон Т., ДеМарини Д.М., Фаулер Б.А., Гольдштейн Б.Д., Хемминки К., Хайнс С.Дж., Пурсиайнен К.Х., Кюмпель Э., Льютас Дж., Лунн Р.М., Линдж Э., МакЭлвенни Д.М. , Мюле Х., Накадзима Т., Робертсон Л.В., Ротман Н., Рудер А.М., Шубауэр-Бериган М.К., Семятицкий Дж., Сильверман Д., Смит М.Т., Сорахан Т., Стинланд К., Стивенс Р.Г., Винейс П., Зам Ш., Зейзе Л., Коглиано В.Дж. (2010). «Рекомендации по исследованию отдельных агентов, классифицированных МАИР» . Перспективы гигиены окружающей среды . 118 (10): 1355–62. дои : 10.1289/ehp.0901828 . ПМЦ   2957912 . ПМИД   20562050 .
  25. ^ Морфельд П., Макканни Р.Дж. (2007). «Сажа и рак легких: тестирование нового показателя воздействия на немецкой когорте». Am J Ind Med . 50 (8): 565–567. дои : 10.1002/ajim.20491 . ПМИД   17620319 .
  26. ^ «Руководство по безопасности и гигиене труда для технического углерода: потенциальный канцероген для человека, Центры по контролю и профилактике заболеваний, Национальный институт безопасности и гигиены труда» (PDF) . Проверено 14 января 2013 г.
  27. ^ «Руководство по охране труда и технике безопасности для технического углерода: потенциальный канцероген для человека» (PDF) . Центры контроля и профилактики заболеваний, Национальный институт охраны труда . Проверено 11 января 2013 г.
  28. ^ «CDC - Карманный справочник NIOSH по химическим опасностям - Технический углерод» . www.cdc.gov . Проверено 27 ноября 2015 г.

Дальнейшее чтение

[ редактировать ]
[ редактировать ]
Arc.Ask3.Ru: конец переведенного документа.
Arc.Ask3.Ru
Номер скриншота №: a8faeaa4cc2d26315b078e94daf64ee7__1723423980
URL1:https://arc.ask3.ru/arc/aa/a8/e7/a8faeaa4cc2d26315b078e94daf64ee7.html
Заголовок, (Title) документа по адресу, URL1:
Carbon black - Wikipedia
Данный printscreen веб страницы (снимок веб страницы, скриншот веб страницы), визуально-программная копия документа расположенного по адресу URL1 и сохраненная в файл, имеет: квалифицированную, усовершенствованную (подтверждены: метки времени, валидность сертификата), открепленную ЭЦП (приложена к данному файлу), что может быть использовано для подтверждения содержания и факта существования документа в этот момент времени. Права на данный скриншот принадлежат администрации Ask3.ru, использование в качестве доказательства только с письменного разрешения правообладателя скриншота. Администрация Ask3.ru не несет ответственности за информацию размещенную на данном скриншоте. Права на прочие зарегистрированные элементы любого права, изображенные на снимках принадлежат их владельцам. Качество перевода предоставляется как есть. Любые претензии, иски не могут быть предъявлены. Если вы не согласны с любым пунктом перечисленным выше, вы не можете использовать данный сайт и информация размещенную на нем (сайте/странице), немедленно покиньте данный сайт. В случае нарушения любого пункта перечисленного выше, штраф 55! (Пятьдесят пять факториал, Денежную единицу (имеющую самостоятельную стоимость) можете выбрать самостоятельно, выплаичвается товарами в течение 7 дней с момента нарушения.)