Herstellungsprozess von Carbon Black

Die Rohstoffe für die Herstellung von pigmentiertem Ruß sind Erdölprodukte und bituminöse Kohlenteerprodukte. Es entsteht durch unvollständige Verbrennung oder Pyrolyse von Kohlenwasserstoffen bei hohen Temperaturen.

1) Herstellungsprozess von Lampenruß

Das früheste Herstellungsverfahren für Ruß in der Geschichte ist der Herstellungsprozess von Lampenruß. Bei diesem Verfahren werden die Rohstoffe auf einer flachen brennenden Eisenplatte mit einem Durchmesser von bis zu 1,5 m verbrannt. Die Gashaube wird gesammelt und gelangt dann über den Bogen (Bogen 1/4) und das Flammrohr in die Abscheidevorrichtung. Um die Eigenschaften des erzeugten Rußes zu kontrollieren, sollte darauf geachtet werden, dass die Rohstoffe im Bereich des Spaltes zwischen Brennplatte und Abzugshaube weitgehend unvollständig verbrannt werden. Aber im Rohr etwas in die Rohrleitung hinein wird die Verbrennung unter Sauerstoffmangel thermisch zersetzt, wodurch größere Rußpartikel entstehen. Aus diesen Gründen weist die Zusammensetzung einen breiten Bereich der Partikelgrößenverteilung auf, und das Hauptmerkmal sind grobe Partikel. Da nur ein kleiner Teil der zwischen Brennscheibe und Abzugshaube gebildeten Partikel mit dem Luftsauerstoff in Kontakt kommen kann, weisen diese Ruße nur einen geringen Anteil an Oberflächenoxiden auf, der entsprechende pH-Wert ist neutral und die flüchtigen Bestandteile sehr klein.

2) Gasruß-Produktionsprozess

Der Name Gasruß leitet sich von seinem Herstellungsverfahren ab: Beim Erhitzen des Rohstoffs Kohlenwasserstoff wird dieser zunächst vergast und anschließend das Selbstentzündungsgas (zur Energiegewinnung) als Träger in den Brenner geleitet. Die große Menge an Ruß, die von diesen fledermausförmigen Brennern ausgestoßen wird, wird in einer fächerförmigen Flamme erzeugt. Da jede Flamme klein ist und an der Luft brennt, unterscheidet sich die Rußbildung stark vom Herstellungsprozess von Lampenruß (unvollständige Verbrennung). Hier sind die Rußpartikel sehr fein. Je nach Typen liegt die durchschnittliche Partikelgröße zwischen 10 und 30 nm und die durchschnittliche Partikelgröße von Gasruß beträgt 13 nm. Auf der brennenden Flamme befindet sich eine langsam rotierende mit Wasser gefüllte Trommel. Auf der Trommel wird Ruß abgeschieden. Beim Abkratzen wird der Ruß abgekratzt. Bei noch hoher Temperatur kommt der neu gebildete Ruß mit Luftsauerstoff in Kontakt. Dadurch kommt es zur partiellen Oxidation unter Bildung einer Vielzahl von sauren Gruppen und der entsprechende Gasruß-pH-Wert liegt im sauren Bereich. Und kann etwa 6% flüchtiger Stoffe aufnehmen, was seinen Oberflächenoxidgehalt darstellt.

3) Der Produktionsprozess von Kanalschwarz

Bei diesem Herstellungsverfahren wird Erdgas als Rohstoff verwendet. Der Kanalrußprozess ist dem Gasverbrennungsprozess des Gasrußherstellungsprozesses ähnlich. Das Erdgas brennt und gibt viele fächerförmige Flammen ab. Das erhaltene Produkt ähnelt Gasruß, der Unterschied besteht jedoch darin, dass hier eine Flachwasserkühlung verwendet wird. Die U-förmige Rille wird als Abscheidungsrille für Ruß verwendet. Aus ökologischen und ökonomischen Gründen wurde die Anwendung dieser Methode vor vielen Jahren eingestellt. Die Produktion von Gasruß wird die ökologische Umwelt nicht beeinträchtigen, und das Gasruß-Verfahren wird noch verwendet.

4) Ofenschwarz-Produktionsprozess

Gasruß wird in der offenen Atmosphäre hergestellt, aber der Herstellungsprozess von Furnace Black wird in einem geschlossenen Ofen unter Sauerstoffmangelbedingungen durchgeführt. Anstelle vieler kleiner Feuer wird eine große Flamme verwendet. Als Rohstoff wird Öl verwendet und brennbares Gas hinzugefügt, um die erforderliche Temperatur im Ofen zu erreichen. Durch Ändern der Bedingungen des Ofenruß-Herstellungsverfahrens kann der erforderliche Pigmentruß erhalten werden. Zum Beispiel: Ruß kann unter verschiedenen Bedingungen einen weiten Bereich der durchschnittlichen Partikelgröße erreichen, von 80 nm bis zu 15 nm und sogar so klein wie Gasruß. Bei gleicher Partikelgröße gibt es jedoch immer noch einen Unterschied zwischen Gas Black und Furnace Black, hauptsächlich aufgrund der unterschiedlichen Oberflächenchemie. Furnace Black-Produkte sind mit einer durchschnittlichen Partikelgröße von 40 nm relativ rau. Außerdem kann, wenn das Furnace-Black-Herstellungsverfahren verwendet wird, eine kleine Menge basischer Verbindungen oder anderer Additive zugegeben werden, um den Grad und die Art der Aggregate zu ändern, wodurch Ruß mit hoher oder niedriger Struktur erhalten wird.

Denn Ofenruß wird unter Bedingungen von fast unter Atmosphärendruck und zu wenig Luft hergestellt. Daher fehlen den meisten von ihnen saure Oberflächenoxide, sie fanden jedoch die oben erwähnte Pyronstruktur, die eine alkalische Reaktion ist. Was den alkalischen pH-Wert von Furnace Black betrifft, so ist dies auf die Zugabe von Erdalkali in dem kalten Sprühabschreckwasser zurückzuführen, wenn die Rußbildung beendet wird, und die Zugabe von alkalischem Salz, um die Struktur zu reduzieren. Wenn dieser Ofenruß außerdem keiner Nachoxidationsbehandlung mehr unterzogen wird, ist sein Gehalt an flüchtigen Bestandteilen geringer.