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Description
Le noir de carbone est un matériau carboné élémentaire finement divisé, obtenu par combustion incomplète contrôlée ou décomposition thermique d'hydrocarbures dans des conditions industrielles rigoureusement régulées. C'est l'un des produits chimiques industriels les plus fabriqués au monde ; il sert de charge de renforcement, de pigment, de stabilisant UV, d'additif conducteur et d'améliorateur de performance dans une grande variété de produits commerciaux. Grâce à sa combinaison unique de surface spécifique élevée, d'excellente stabilité chimique, de conductivité électrique et de propriétés de renforcement mécanique, le noir de carbone est indispensable dans les industries du caoutchouc, des plastiques, des revêtements, des encres, des batteries, de l'électronique, des matériaux de construction et de l'automobile.
Environ 90 % de la production mondiale de noir de carbone est destinée à l'industrie du pneumatique, où il améliore considérablement la résistance à la traction, à l'abrasion et à la déchirure, ainsi que la durée de vie en fatigue et la durabilité des composés de caoutchouc. Outre ses applications dans le caoutchouc, le noir de carbone est largement incorporé dans les formulations polymères pour améliorer la résistance aux UV, la conductivité électrique, la stabilité thermique et la coloration. Des qualités spéciales sont également utilisées dans les batteries lithium-ion, les matériaux antistatiques, les plastiques conducteurs, les toners d'imprimantes et les matériaux composites avancés.
Les propriétés physico-chimiques du noir de carbone — notamment la taille des particules, la morphologie des agrégats, la chimie de surface et la structure — peuvent être adaptées lors de la fabrication pour répondre aux exigences d'applications industrielles spécifiques.
Numéro CAS
Numéro CAS : 1333-86-4
Synonymes
Propriétés physiques
Le noir de carbone se présente sous forme de poudre noire extrêmement fine, composée de carbone élémentaire quasi pur organisé en structures microcristallines quasi-graphitiques. Ce matériau possède une surface spécifique exceptionnellement élevée et forme des agrégats complexes qui contribuent à son comportement de renforcement.
Les caractéristiques typiques comprennent :
Ce matériau présente une résistance remarquable à la chaleur, aux rayonnements ultraviolets et à la plupart des produits chimiques rencontrés dans les procédés industriels.
Propriétés chimiques
Le noir de carbone est composé presque exclusivement de carbone élémentaire, avec de faibles quantités de groupements fonctionnels de surface contenant de l'oxygène, de l'hydrogène, du soufre ou de l'azote, selon les conditions de fabrication. Sa microstructure graphitique lui confère une inertie chimique et une résistance thermique exceptionnelles.
Les caractéristiques chimiques importantes comprennent :
À haute température et en présence d'oxygène, le noir de carbone s'oxyde progressivement en monoxyde de carbone et en dioxyde de carbone.
Processus de fabrication
Le noir de carbone commercial est fabriqué selon plusieurs procédés industriels, le procédé de noir de carbone au four représentant la majorité de la production mondiale.
Les méthodes de fabrication courantes comprennent :
Dans le procédé de combustion en four, des huiles lourdes aromatiques sont injectées dans une chambre de combustion à haute température en atmosphère pauvre en oxygène. La combustion partielle entraîne la formation de particules de carbone microscopiques, qui sont rapidement refroidies pour stopper leur croissance. Le produit obtenu est collecté à l'aide de séparateurs cycloniques, de filtres à manches, granulé si nécessaire, séché et conditionné.
Un contrôle rigoureux du processus détermine la taille des particules, la structure des agrégats, la chimie de surface et les performances de renforcement.
Mécanisme d'action
Le noir de carbone agit principalement par des mécanismes physiques plutôt que chimiques.
Dans les composés de caoutchouc, les particules de noir de carbone interagissent avec les chaînes polymères, formant un réseau de charge de renforcement qui augmente considérablement la résistance mécanique, la résistance à l'abrasion et la durabilité à la fatigue.
Dans les plastiques et les revêtements, le noir de carbone absorbe le rayonnement ultraviolet et dissipe l'énergie nocive sous forme de chaleur, réduisant ainsi la dégradation du polymère et prolongeant sa durée de vie.
Dans les formulations conductrices, les agrégats de noir de carbone interconnectés établissent des voies de conduction électrique qui réduisent la résistance électrique tout en maintenant des propriétés mécaniques souhaitables.
