Karbon Siyahı Nedir? Karbon siyahı, yağ veya gaz gibi bir hidrokarbon yakıtın, sınırlı miktarda yanma havası ile 1320 ila 1540 ° C arasındaki sıcaklıklarda reaksiyona sokulmasıyla oluşan bir pigmenttir. Geniş yüzey alanına sahip ve esas olarak karbondan oluşan çok kabarık ince bir tozdur.  Karbon siyahı, içerik olarak % 95 karbon elementine sahip olmakla beraber, az miktarlarda oksijen, hidrojen ve nitrojen de içermektedir. “Karbon Siyahının mikroskop altındaki görüntüsü.” Karbon Siyahının Üretim Yöntemleri Üretim yöntemleri sonucu farklı standartlarda karbon siyahı çeşitleri ortaya çıkmaktadır. Karbon siyahı, üretim metoduna bağlı olarak farklı “Karbon Partikül” boyutlarına, “Agrega” boyutuna ve “Aglomera” boyutuna sahip olabilmektedir. Bu 3 boyut karbon siyahın ana özellik karakteristiklerini belirlemektedir. Karbon partikül boyutları 10 nm’ den 500 nm’ ye kadar olabilmektedir. “Karbon partikülü, partiküllerden meydana gelen Agrega yapısı ve Agregaların da birbirine bağlanmasıyla oluşan Aglomera yapısı ve boyut aralıkları.” Bir karbon siyahının boyama gücü, renk tonu, ultraviyole dayanımı, dispersiyon kabiliyeti ve bunun gibi önemli özellikleri yukarıda verilen 3 boyuta bağlıdır. Temel olarak Karbon Siyah, Hidrokarbonların termal ayrıştırma veya termal oksidasyon ayrıştırma metodlarıyla karbon ve hidrojen bileşenlerine parçalanmasıyla elde edilir. En yaygın üretim metodu temel oksidasyon ayrıştırma grubuna giren “Furnace Black Reaktörü”dür. “Bir fırın reaktöründe karbon siyahı işlemenin şematik görünümü.” Karbon Siyahların Adlandırılması ve ASTM Kodları Karbon siyahları ilk olarak üretildikleri sisteme göre ve sonuç olarak sahip oldukları özelliklere göre adlandırılmıştır. SAF Karbon Siyahı:  “Super Abrasion Furnace Black”     – Süper Aşınmalı Fırın Siyahı HAF Karbon Siyahı: “ High-Abrasion Furnace Black “     – Yüksek Aşınmalı Fırın Siyahı. SRF Karbon Siyahı: “ Semi-Reinforcing Furnace Black”  – Yarı Güçlendirici Fırın Siyahı. Karbon Siyahı türünü belirlemek için verilen kodlamalar, Amerikan Test ve Malzeme Derneği (ASTM) tarafından daha ayrıntılı bilgi verecek şekilde tekrar tanımlanmıştır. ASTM kodu İlk olarak N veya S kodu ile başlar. “N: Normal Cure” , “S: Slow Cure” olarak verilmiş, kauçukların “Cure” ( iyileştirme) proseslerinde karbon siyahın uygunluğu için verilmiştir. Örneğin, N330 Karbon Siyahı : Önceki kodlamaya göre HAF Karbon Siyahı grubuna girmektedir. N770 Karbon Siyahı : SRF Karbon Siyahı grubuna girmektedir. N330 ve N770 Karbon siyahları plastik sektöründe kullanılan en yaygın karbon siyahlarıdır. Kauçuk uygulamalarında kullanılan karbon siyahları ise tipik olarak N100 – N900 serisi siyahlar olarak sınıflandırılır, burada artan N sayısı azalan yüzey alanı ve artan tane büyüklüğünü gösterir. Tane büyüklüğü arttıkça, karbon siyahı karışım zamanı, viskozite, aşınma dayanımı ve sertlik azalır. ASTM İsmi Yüzey Alanı (m2/g) Tane Büyüklüğü (nm) N220 ISAF – Intermediate Super Abrasion Furnace 110-140 20-25 N330 HAF – High Abrasion Furnace 70-90 26-30 N550 FEF – Fast Extrusion Furnace 36-52 40-48 N660 GPF – General Purpose Furnace 31-39 50-54 ASTM kodunda verilen 3 ve 7 gibi ilk numara karbon siyahının bulunduğu grup numarasını vermektedir ve kullanıcıya karbon siyahının ortalama partikül boyutu hakkında fikir vermektedir. Grup Numarası Ortalama Partikül Boyutu (mm) Ortalama Partikül Boyutu (mm) Ortalama Yüzey Alanı (m2/g) 0 0 – 10 > 150 1 10 – 19 121 – 150 2 20 – 25 100 – 120 3 26 – 30 70 – 99 4 31 – 39 50 – 69 5 40 – 48 40 – 49 6 49 – 60 33 – 39 7 61 – 100 21 – 32 8 101 – 200 11 – 20 9 201 – 500 0 – 10 Karbon Siyahı Özellikleri Karbon partikül boyutu karbon siyahın karakteristik özelliklerine önemli etkide bulunmaktadır. Dolayısıyla, bir karbon siyahından bahsederken en önemli parametre karbon partikül boyutu denilebilir. Partiküllerin bir araya gelerek oluşturduğu agrega boyutu da bir diğer önemli parametredir. Karbon siyahı özellikleri fizikokimyasal ve bileşik özellikler olarak ikiye ayrılır. Fizikokimyasal Özellikleri Parçacık Boyutu: Bu, tek bir karbon siyahı parçacığının boyutunu ifade eder, parçacık boyutu ne kadar küçükse spesifik yüzey o kadar büyük olur. Yapı: Bu, benzer boyuttaki diğerlerine yapışan partiküllerin durumunu gösterir ve ayrıca yağ emilimini gösterir. Yağ emilimi ne kadar büyük olursa, konfigürasyon o kadar karmaşık olur. Yüzey karakteristiği: Karbon siyahının yüzeyinde çeşitli fonksiyonel gruplar birleştirilir, yüzey özelliklerini değiştirerek bileşik özelliklerini değiştirebiliriz. Toplam Dağıtım: Agregaların boyutu ile ilgilidir. Dağılım keskin ise, bu aynı boyutta birçok küme olduğunu gösterir. Bileşik Özellikleri Takviye: Lastik dişlerinde kullanılan kauçuğa, yüksek basınçlı hortumlara karbon siyahı eklenir ve diğer zorlu uygulamalara sahiptir ve ayrıca plastiklere malzeme takviyesi olarak eklenir. Bu özellik, karbon siyahı ve malzeme fiziksel adsorpsiyonu (karbon siyahının parçacık boyutuna ve yapısına bağlı olarak) ve karbon siyahının parçacık yüzeyi ve malzeme kimyasal reaksiyonu (karbon siyahının yüzey özelliklerine bağlı olarak) olarak ayrılabilir. İletkenlik: Doğal kauçuğa veya diğer malzemelere elektrik direncini azaltmak için iletken karbon siyahı eklenir. Örneğin: doğal kauçuğun iletkenliği 1015Ωcm iken, iletken kauçuğun (doğal kauçuk + iletken karbon siyahı) iletkenliği 1-1015Ωcm arasındadır. Bu özelliğin, iletken kanallar oluşturan birbiriyle temas eden karbon karası parçacıklarının yapısının veya dağılmış karbon karası parçacıkları arasında sıçrayan elektronların “tünel etkisi”nin sonucu olduğuna inanılmaktadır. Pigmentasyon: Karbon siyahı güçlü renklendirme özelliklerine sahiptir, ısıya dayanıklıdır ve plastik ve film boyama için uygundur. Bu özelliğin parçacık boyutundan ve yapının ışıkla etkileşiminden kaynaklandığına inanılmaktadır. Ultraviyole Bozulmasına Karşı Önleyici Özellikler: Karbon siyahının ultraviyole ışığı emmesi mükemmeldir. Diğer malzemelere karbon siyahı eklemek, ultraviyole bozulmasını önler. Bunun nedeni, kristallerini saflaştıran karbon siyahı içeren plastiklerdeki stres çatlağının önlenmesidir. Karbon Siyahların Kullanım Amaçları Karbon siyah ağırlıklı olarak teker ve kauçuk sektörlerinde kullanılır. Dolgu malzemesi olarak kullanılan karbon siyahı, teker de malzemenin güçlendirilmesi, aşınma dayanımı ve yolda sürtünmeden kaynaklanan ısının tutulması amaçlı kullanılır. Böylelikle tekerin ömrünün uzun tutulması sağlanır. Karbon siyahı aynı zamanda iyi bir iletkendir. Statik elektriklenmenin istenilmediği, araba benzin kapağı veya yakıt boruları gibi ürünlerde tercih edilir. Karbon siyahı plastik sektöründe de ağırlıklı olarak kullanılmaktadır. Plastik ürünlerde siyah boyama amaçlı tercih edilebilmektedir. Çeşidine göre ürüne farklı tonlarda siyah renk verebilmektedir. Karbon siyahı, plastik ürünlerde, teker yapısında olduğu gibi, mukavemet açısından güçlendirici dolgu (filler) olarak katılmaktadır. Bir diğer kullanım amacı ise karbon siyahın iyi bir “UV Absorber” olmasıdır. Bilindiği üzere plastik ürünler güneş ışınlarına maruz kaldıklarında, plastik yapısında bağlarda olan hasarlar nedeniyle hem renk solması hem de mukavemet açısından ürünün bozulması ortaya çıkmaktadır. Bu bakımdan, ürünün içerisinde muhtemel bulunan karbon siyahı tanecikleri, güneşten gelen UV ışınları tutarak ışınların plastik yapısını bozmasının önüne geçilmektedir. Burada dikkat edilmesi gereken nokta, farklı karbon siyahları çeşitlerinin farklı UV koruma özelliklerinin bulunmasıdır. Bu konuda en önemli parametrelerden biri, karbon

Karbon Siyahı Tayini Ne Demektir? Bir hidrokarbon yakıtının 1320 ile 1540 ° C arasındaki bir sıcaklıkta sınırlı miktarda hava ile girdiği kimyasal reaksiyon sonucunda  Karbon  Siyahı pigmenti oluşur.  Karbon Siyahı geniş yüzey alanına sahiptir ve toz halinde bulunmaktadır. Bu pigment ürünlere katılarak ürünlerin fiziksel etkilere karşı dayanımının artması sağlanır. Özellikle siyah kauçuk materyalleri güçlendirmek için kullanılmaktadır. Karbon Siyahı Testi Neden Yapılır? Miktarı ve Dağılımı Neden Ayrı Ayrı İncelenir? Üretim yapılacak parçanın standartlara uygun olup olmadığını kontrol etmek için yapılır. Karbon siyahı miktarı, numunelerin yüksek fiziksel dayanıma ve gelişmiş işlenebilme özelliklerine sahip olduğunu belirtir. Numunelerin fiziksel kuvvetlere karşı gösterdiği direnç malzeme kalitesi için önem arz etmektedir. Karbon siyahı dağılımı ve tanecik büyüklüğü ise, numunenin viskozite, aşınma dayanımı ve sertlik oranını belirtir. Tanecik büyüklüğü arttıkça numunenin viskozitesi, aşınma dayanımı ve sertliği azalmaktadır. Plastik hammaddelerin içerisinde bulunan karbon miktarının yüzdesel olarak tespit edilmesi amacıyla ilk aşamada “Pirolizi ” ;  ikinci aşamada ise “Kalsinasyonu” yapılır. Her aşamanın öncesi ve sonrasında yapılan kütle ölçümlerinin farklarından numunenin “Karbon Siyahı Yüzdesi” hesaplanır. Piroliz:  Inert gaz ortamında plastiğin uçurulması işlemine verilen isimdir. İnert Gaz: %99,9 saflıkta (en çok kullanılan) Azot gazının bu işlemde kullanılan ismidir. Kalsinasyon: Sıcaklıkla beraber hava ortamındaki oksijen ve karbonun tepkimeye girmesi ve karbonun uzaklaştırılması işlemine verilen isimdir. Standartlar Doğru sonuç almak istenildiğinde aşağıdaki şartlar göz ardı edilmeden uygulanmalıdır. Cihaza hassas davranılıp temiz tutulmalıdır. Testlere başlamadan azot ve hava girişi takılıp kontrol edilmelidir. Testin doğru sonuç verebilmesi adına test öncesinde test edilecek numunenin 24 saat boyunca desikatörde bekletilmesi gerekmektedir. Testin 1. Aşaması için girilmesi gereken sıcaklık için ISO 6964 standartlarına göre 550 °C (+-25 °C) olacak şekilde bir sıcaklık değeri girilmelidir ve bu aşama 40 dakika sürmelidir. Kullanılan Azot gazının saflığı %99.99 olmalıdır. Azot debisi 20 Litre/saat olmalıdır. İkinci aşama için 900 °C (+-50 °C) sıcaklık değeri girilmelidir ve bu aşama 10 dakika sürmelidir. Eğer test kapalı ortamda yapılıyorsa fırın camı üzerinde bulunan gaz çıkış tapasından gelen hortum cihazın üzerindeki arıtma camlarına girmelidir. Bu arıtım kısmındaki saf su ve silika jel piroliz aşamasında ortaya çıkabilecek zararlı gazların önünde bulundurulmalıdır. Karbon Siyahı Test Cihazı Hangi Sektörlerde Kullanılır? Plastik Hammadde Sektöründe, Plastik Boru Üretim ve İşleme Sektöründe, Geri Dönüşüm Tesislerinde, Kauçuk Ürün Üretimi Sektöründe Karbon Siyahı Tayini Cihazına ihtiyaç duyulmaktadır. Karbon Siyahı Testi Hangi Numunelere Uygulanır? PE, PP, PVC, PB vb. borular ve bağlantı elemanlarına, Siyah plastiklere, Karbon siyahı katılmış tüm numunelere “Karbon Siyahı Tayini Testi” uygulanmalıdır. Karbon Siyahı Testi Nasıl Yapılır? Kullanılacak numune ve kroze desikatörde bekletilir. Cihazın ayarlar kısmından testin aşamaları için gerekli sıcaklıklar cihaza girilir. Kroze hassas terazide tartılır. Numune krozeye yerleştirilip tartılır. Kroze fırın içerisinde kalan partiküllerden etkilenmemesi için bir kayıkçıkla beraber fırının içine yavaşça yerleştirilir. Azot gazının geldiği tapalar fırın camına takılır. İlk ısıtma aşaması başlatılır. İlk aşama bittikten ve fırın soğuduktan sonra kroze desikatöre yerleştirilir ve soğumaya bırakılır. İlk aşamanın tartımı yapılır ve cihaza girilir. Tartılan kroze tekrar fırına yerleştirilir ve tapalar takılmadan, ikinci aşama başlatılır. İkinci aşama bittikten sonra kroze desikatöre yerleştirilir ve soğumaya bırakılır. Son tartım yapılır ve cihaza girilir. Karbon Siyahı ve Kül Miktarı için Formüller Karbon siyahı ve kül miktarı aşağıdaki formüller ile hesaplanır: m1 = Deney Numunesinin Kütlesi (g) m2 = 550 °C Sıcaklıkta Pirolizden Sonra Deney Numunesi ve Kayıkçığın Toplam Kütlesi (g) m3 = 900 °C Sıcaklıkta Kalsinasyondan Sonra Numune Kayıkçığının Kütlesi (Kül Kalıntısı ile Birlikte) (g) m = Numune Kayığının Kütlesi (g) m1 = Deney Numunesinin Kütlesi (g) m3 = 900 °C Sıcaklıkta Kalsinasyondan Sonra Numune Kayıkçığının Kütlesi (Kül Kalıntısı ile Birlikte) (g) Test Sonuçları Nasıl Değerlendirilir? Ölçülen karbon siyahı ve kül miktarı, test edilen malzemenin standartlarındaki değerleriyle uygunluğu kontrol edilir.