Bezeichnung und Synonyme:
Colour-Index-Nr.:
77266
Synonyme:
Pigment Schwarz 7, Pigmentruß, Kohlenstoffschwarz
Englisch:
carbon black
Spanisch:
negro de carbon
Französisch:
noir de carbone
Italienisch:
nerofumo
Russisch:
технический углерод (техуглерод)
Arabisch:
الكربون الأسود
Chinesisch:
炭黑
Japanisch:
カーボンブラック
Basisinformationen zu Carbon Black:
Chemische Formel:
C
CAS-Nr.:
1333-86-4
ESIS-Eintrag:
215-609-9 (EINECS)
Carbon Black ist ein industriell gefertigter Ruß und besteht fast vollständig aus reinem, amorphen Kohlenstoff. Gemessen am Tonnen-Ausstoß gehören die schwarzen Pellets oder Pulver zu den Top 50 der produzierten Chemikalien: Gegenwärtig werden weltweit rund 8,1 Millionen Tonnen hergestellt. Davon werden ungefähr 90 % für Gummi-Anwendungen, vor allem zur Verstärkung von Reifen, 9 % für Pigmente und 1 % für Hunderte verschiedene andere Anwendungen gebraucht.
Hergestellt wird Carbon Black durch unvollständige Verbrennung oder Pyrolyse von Kohlenwasserstoffen. Seit den 1970er Jahren wird Carbon Black meist mit dem Furnaceruß-Verfahren produziert, das sich durch Wirtschaftlichkeit und Flexibilität auszeichnet. Andere Typen sind zum Beispiel Acetylen-Schwarz, Gasruß und Flammruß.
Carbon Black ist das meistverwendete anorganische Schwarzpigment der Farbindustrie. Je kleiner die Partikelgröße, desto tiefer ist dabei das Schwarz. In Kunststoff liefert Carbon Black anders als andere Pigmente nicht nur koloristische Effekte, sondern verändert auch die elektrischen Eigenschaften, bietet Hitze- und UV-Schutz und kann darüber hinaus als Füllstoff die mechanischen Eigenschaften verbessern.
Zu Herstellung und Verbrauch von Carbon Black als Pigment informiert die Marktstudie Pigmente von Ceresana Research. Zur Verwendung von Ruß als Füllstoff informiert die Marktstudie Füllstoffe von Ceresana Research.
Wichtige Eigenschaften von Carbon Black:
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Parameter: |
Carbon Black |
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Dichte (g/cm³) |
Zwischen 1,8 und 2,1 |
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Schmelzpunkt (°C) |
ca. 3550 |
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Farbstärke |
hoch |
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Reinheit |
hoch |
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Deckvermögen |
sehr gut |
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Stabilität |
hoch, sehr lichtecht und wetterfest |
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chemische Beständigkeit |
hoch, unlöslich in allen Lösungsmitteln |
Carbon Black ist für viele Anwendungen attraktiv: Seine schwarze Farbe ist lichtecht, verfügt über hohe Farbtiefe und Farbstärke und nimmt mehr Wärme auf als andere Stoffe. Carbon Black leitet elektrischen Strom und kann als Füllstoff mechanische Eigenschaften verbessern.
Je nach Herstellungsverfahren kann die Größe der primären Carbon-Black-Partikel von 5 bis 500 nm variieren. Die spezifische Oberfläche variiert ebenfalls beträchtlich. Während grobkörniges Carbon Black eine bis zu 8 m² g-1 kleine spezifische Oberfläche haben kann, ist sie bei den feinsten Pigmentsorten bis zu 1.000 m² g-1 groß. Im Allgemeinen ist Carbon Black mit einer spezifischen Oberfläche von >150 m² g-1 porös, mit Porendurchmessern von weniger als 1 nm.
Die breite Anwendung von Carbon Black als Schwarz-Pigment ist seiner Absorption von sichtbarem Licht zu verdanken. Die Absorptionsrate kann 99,8% erreichen. Die schwarze Farbe kann einen bläulichen oder bräunlichen Ton annehmen, abhängig von Lichtstreuung, Wellenlänge, der Sorte des Carbon Blacks und des Systems, in das es inkorporiert wird. Infrarot- und Ultraviolett-Licht wird ebenfalls absorbiert. Deshalb werden manche Sorten als UV-Stabilisatoren in Kunststoffen genutzt.
Einen Überblick zu den wichtigsten Eigenschaften von Carbon Black bietet die Marktstudie Pigmente von Ceresana Research. Zu Carbon Black als Füllstoff informiert die Marktstudie Füllstoffe von Ceresana Research.
Gefahren-Hinweise für Carbon Black:
Für die Kennzeichnung von Carbon Black sind keine Gefahrensymbole (R- und S-Sätze) vorgeschrieben. Von der IARC wird Carbon Black als „möglicherweise karzinogen für den Menschen (Gruppe 2B)" eingestuft. Mögliche Gesundheitsfolgen von Nanoteilchen, etwa aus Carbon-Black-Toner, sind jedoch noch nicht abschließend geklärt. Auf jeden Fall sollte Carbon-Black-Staub mit Vorsicht und Sorgfalt behandelt werden.
Weiterführende Informationen zu Umwelt- und Sicherheits-Aspekten von Pigmenten und zur Rechtslage, besonders zu den Vorschriften für Lebensmittelverpackungen und Spielzeug, sind in der Marktstudie Pigmente von Ceresana Research zu finden.
Herstellungsverfahren für Carbon Black:
Die bevorzugten Ausgangsstoffe für die meisten Herstellungsverfahren sind Schweröle, die vor allem aus aromatischen Kohlenwasserstoffen zusammengesetzt sind. Destillate aus Kohle-Teer oder Rest-Öle, die beim Cracken von Mineralöl und der Olefin-Herstellung entstehen, können ebenfalls genutzt werden.
Allen Herstellungsverfahren liegt die kontrollierte Zersetzung von flüssigen oder gasförmigen Kohlenwasserstoffen zugrunde. Diese kann in offenen und geschlossenen Systemen, sowohl unter Sauerstoffzufuhr (thermisch-oxidative Spaltung), als auch unter Sauerstoffausschluss (thermische Spaltung), durchgeführt werden. Dabei muss dem System für die Zersetzung der Kohlenwasserstoffe Energie zugeführt werden. Eine Ausnahme bildet das Acetylen-Black-Verfahren, da hierbei der Abbau von Acetylen exotherm verläuft und die Reaktion nach Initialisierung kontinuierlich fortgesetzt wird. Durch Variation der verschiedenen Prozessparameter, wie Druck, Temperatur und Luft bzw. Rohstoffzufuhr, können Carbon-Black-Sorten mit gewünschten Eigenschaften kontrolliert hergestellt werden.
Das wichtigste Herstellungsverfahren ist der Furnace-Black-Prozess: Aromatische Schweröle werden in einen heißen Gas-Strom eingeführt, wo sie verdampfen; bei Temperaturen von 1400 bis 1700 °C werden sie zum größten Teil in Carbon-Partikel und Abgas aufgespalten. Die Partikelgrößen, spezifischen Oberflächen und andere Spezifikationen, etwa Struktur und Deckvermögen, können bei diesem Verfahren gezielt verändert werden.
Ausführlichere Informationen zur Carbon-Black-Produktion und Verarbeitung liefert die Marktstudie Pigmente von Ceresana Research. Angaben zu Füllstoffrußen finden sich in der Marktstudie Füllstoffe von Ceresana Research.
Anwendungsbeispiele für Carbon Black:
Traditionell wird Carbon Black als verstärkender Füllstoff für Reifen und mechanische Gummi-Komponenten wie Scheibenwischer, Dichtringe oder Förderbänder genutzt. Mittlerweile gehören zu den Anwendungen aber auch Pigmente, UV-Stabilisatoren und leitende Mittel in einer Vielzahl von Alltags- und Spezialprodukten.
Kunststoffprodukte, die Carbon Black enthalten, sind zum Beispiel Abfallsäcke, Tüten oder Filmdosen. Die größte Anwendung hinsichtlich der verbrauchten Tonnen ist in Polyolefinen. Meist werden dabei Pellets verwendet. Auch für eine Reihe von Beschichtungen bietet Carbon Black Pigmentierung, Leitfähigkeit und UV-Schutz. Dazu gehören etwa Fahrzeuglacke, dekorative und industrielle Beschichtungen. Der UV-Schutz nimmt bei Kunststoffen mit abnehmender Partikelgröße und mit zunehmender Carbon-Black-Konzentration von bis zu 3 Prozent zu. Beim Einsatz von Carbon Black in Tonern und Druckfarben geht es meist darum, die Tinten schwarz zu färben, eine geringe Menge wird aber auch für graue und bunte Farben verbraucht.
Die Marktstudie Pigmente von Ceresana Research bietet umfassende Daten zum Verbrauch von Carbon Black, und zwar gegliedert nach den verschiedenen Weltregionen. Zum Einsatz von Carbon Black als Füllstoff informiert die Marktstudie Füllstoffe von Ceresana Research.
Carbon Black-Hersteller und Handelsnamen:
(-> mehr Infos siehe Marktstudie Pigmente und Marktstudie Füllstoffe)
Letzte Änderung: 06.02.09
