Negro carbón - Carbon black

Para conocer el agente forzador del clima, consulte Carbono negro . Para la empresa de seguridad Carbon Black, consulte Carbon Black (empresa) .
Negro carbón
Carbon black.jpg
Nombres
Otros nombres
Acetileno negro; Canal negro; Horno negro; Lámpara negra; Negro térmico; CI Pigmento Negro 6
Identificadores
Modelo 3D ( JSmol )
Tarjeta de información ECHA 100.014.191 Edita esto en Wikidata
Número CE
Número e E152 (colores)
UNII
  • C
Propiedades
C
Masa molar 12,011  g · mol −1
Apariencia Sólido negro
Densidad 1,8-2,1 g / cm3 (20 ° C)
Prácticamente insoluble
Riesgos
Dosis o concentración letal (LD, LC):
LD 50 ( dosis media )
 > 15400 mg / kg (rata oral)
3000 mg / kg (cutánea, conejo)
Salvo que se indique lo contrario, los datos se proporcionan para materiales en su estado estándar (a 25 ° C [77 ° F], 100 kPa).
Referencias de Infobox

El negro de carbón (subtipos son negro de acetileno , negro de canal , negro de horno , negro de humo y negro térmico ) es un material producido por la combustión incompleta de pesados del petróleo productos tales como craqueo catalítico fluido alquitrán, alquitrán de hulla , craqueo de etileno alquitrán, o materia vegetal. El negro de carbón es una forma de carbón paracristalino que tiene una alta relación superficie-volumen , aunque más baja que la del carbón activado . Es diferente al hollín en su proporción mucho mayor de área de superficie a volumen y significativamente menor (insignificante y no biodisponible) en hidrocarburos aromáticos policíclicos (PAH). Sin embargo, el negro de humo se usa ampliamente como compuesto modelo para el hollín de diesel para experimentos de oxidación de diesel. El negro de carbón se utiliza principalmente como relleno de refuerzo en neumáticos y otros productos de caucho. En plásticos, pinturas y tintas, el negro de carbón se utiliza como pigmento de color . Se utiliza en algunos lugares, como la UE, como colorante alimentario si se produce a partir de materia vegetal (E153).

La evaluación actual de la Agencia Internacional para la Investigación del Cáncer (IARC) es que "el negro de carbón es posiblemente cancerígeno para los seres humanos ( Grupo 2B )". La exposición a corto plazo a altas concentraciones de polvo de negro de humo puede producir molestias en el tracto respiratorio superior , por irritación mecánica.

Usos comunes

El uso más común (70%) del negro de humo es como pigmento y fase de refuerzo en neumáticos de automóviles. El negro de carbón también ayuda a conducir el calor lejos de la banda de rodadura y el área del cinturón del neumático, lo que reduce el daño térmico y aumenta la vida útil del neumático. Aproximadamente el 20% de la producción mundial se destina a correas, mangueras y otros productos de caucho que no son neumáticos. El resto se utiliza principalmente como pigmento en tintas, recubrimientos y plásticos.

El negro de carbón se agrega al polipropileno porque absorbe la radiación ultravioleta , que de otra manera hace que el material se degrade. Las partículas de negro de carbón también se emplean en algunos materiales absorbentes de radar , en el tóner de fotocopiadoras e impresoras láser y en otras tintas y pinturas. La alta resistencia al teñido y la estabilidad del negro de humo también se ha utilizado en la coloración de resinas y películas. El negro de carbón se ha utilizado en diversas aplicaciones para la electrónica. Buen conductor de la electricidad, el negro de carbón se utiliza como relleno mezclado con plásticos, elastómeros, películas, adhesivos y pinturas. Se utiliza como agente aditivo antiestático en tapas y tuberías de combustible de automóviles.

El negro de carbón de origen vegetal se utiliza como colorante alimentario, conocido en Europa como aditivo E153 . Está aprobado para su uso como aditivo 153 (negros de carbón o carbón vegetal) en Australia y Nueva Zelanda, pero ha sido prohibido en los EE. UU. El pigmento de color negro de humo se ha utilizado ampliamente durante muchos años en el envasado de alimentos y bebidas. Se utiliza en botellas de leche UHT multicapa en los EE. UU., Partes de Europa y Asia, y Sudáfrica, y en artículos como bandejas de comida para microondas y bandejas de carne en Nueva Zelanda.

La extensa revisión del negro de carbón realizada por el gobierno canadiense en 2011 concluyó que el negro de carbón podría seguir utilizándose en productos, incluido el envasado de alimentos para consumidores, en Canadá. Esto se debió a que "en la mayoría de los productos de consumo, el negro de carbón está unido en una matriz y no está disponible para la exposición, por ejemplo, como pigmento en plásticos y cauchos" y "se propone que el negro de carbón no ingresa al medio ambiente en una cantidad o concentraciones o menos condiciones que constituyen o pueden constituir un peligro en Canadá para la vida o la salud humana ".

En Australasia, el pigmento de color negro de humo en el empaque debe cumplir con los requisitos de las regulaciones de empaque de la UE o de los EE. UU. Si se utiliza algún colorante, debe cumplir con el acuerdo parcial europeo AP (89) 1.

La producción total fue de alrededor de 8.100.000 toneladas métricas (8.900.000 toneladas cortas) en 2006. Se espera que el consumo mundial de negro de humo, estimado en 13,2 millones de toneladas métricas, valorado en 13.700 millones de dólares EE.UU., en 2015, alcance los 13,9 millones de toneladas métricas, valorado en 14,4 dólares EE.UU. mil millones en 2016.

Se pronostica que el consumo global mantendrá una CAGR (tasa de crecimiento anual compuesta) de 5.6% entre 2016 y 2022, alcanzando 19.2 millones de toneladas métricas, valoradas en US $ 20.4 mil millones, para 2022.

Refuerzo de los negros de humo

El uso de mayor volumen de negro de humo es como relleno de refuerzo en productos de caucho, especialmente neumáticos. Si bien una vulcanización de goma pura de estireno-butadieno tiene una resistencia a la tracción de no más de 2 MPa y una resistencia a la abrasión insignificante, combinarla con un 50% de negro de carbón en peso mejora su resistencia a la tracción y resistencia al desgaste, como se muestra en la siguiente tabla. Se utiliza a menudo en la industria aeroespacial en elastómeros para componentes de control de vibraciones de aeronaves, como soportes de motores.

Ciertos tipos de negro de humo que se utilizan en neumáticos, plásticos y pinturas.
Nombre Abrev. ASTM
desig.
Tamaño de partícula
nm 		Tracción
fuerza
MPa 		Relativa
laboratorio
a la abrasión 		Relativa
roadwear
la abrasión
Horno de súper abrasión SAF N110 20-25 25,2 1,35 1,25
SAF intermedio ISAF N220 24–33 23,1 1,25 1,15
Horno de alta abrasión HAF N330 28–36 22,4 1,00 1,00
Canal de procesamiento fácil EPC N300 30–35 21,7 0,80 0,90
Horno de extrusión rápido FEF N550 39–55 18,2 0,64 0,72
Horno de alto módulo HMF N660 49–73 16,1 0,56 0,66
Horno de semi-refuerzo SRF N770 70–96 14,7 0,48 0,60
Térmica fina PIE N880 180-200 12,6 0,22 -
Térmica media MONTE N990 250-350 9,8 0,18 -

Prácticamente todos los productos de caucho en los que las propiedades de desgaste por tracción y abrasión son importantes utilizan negro de humo, por lo que son de color negro. Cuando las propiedades físicas son importantes pero se desean colores distintos del negro, como zapatillas de tenis blancas, se ha sustituido el negro de carbón por sílice precipitada o ahumada . Los rellenos a base de sílice también están ganando participación en el mercado de los neumáticos para automóviles porque ofrecen una mejor compensación por la eficiencia del combustible y el manejo en mojado debido a una menor pérdida por rodadura. Tradicionalmente, los rellenos de sílice tenían peores propiedades de desgaste por abrasión, pero la tecnología ha mejorado gradualmente hasta un punto en el que pueden igualar el rendimiento de abrasión del negro de humo.

Pigmento

El negro de carbón ( Color Index International , PBK-7) es el nombre de un pigmento negro común, tradicionalmente producido a partir de materiales orgánicos carbonizados como madera o hueso. Aparece negro porque refleja muy poca luz en la parte visible del espectro, con un albedo cercano a cero. El albedo real varía según el material de origen y el método de producción. Es conocido por una variedad de nombres, cada uno de los cuales refleja un método tradicional para producir negro de humo:

  • El negro marfil se producía tradicionalmente carbonizando marfil o huesos (ver carbonización de huesos ).
  • El negro de vid se producía tradicionalmente carbonizando vides y tallos de uva desecados .
  • El negro de lámpara se producía tradicionalmente mediante la recolección de hollín de las lámparas de aceite.

Todos estos tipos de negro de carbón se utilizaron ampliamente como pigmentos de pintura desde tiempos prehistóricos. Rembrandt , Vermeer , Van Dyck y, más recientemente, Cézanne , Picasso y Manet emplearon pigmentos de negro de carbón en sus pinturas. Un ejemplo típico es la " Música en las Tullerías " de Manet , donde los vestidos negros y los sombreros de los hombres están pintados en negro marfil.

Los métodos más nuevos de producción de negro de humo han reemplazado en gran medida a estas fuentes tradicionales. Para fines artesanales , el negro de carbón producido por cualquier medio sigue siendo común.

Química de superficies y superficies

Todos los negros de humo tienen complejos de oxígeno quimisorbidos (es decir, grupos carboxílicos , quinónicos , lactónicos, fenólicos y otros) en sus superficies en diversos grados dependiendo de las condiciones de fabricación. Estos grupos de oxígeno de la superficie se denominan colectivamente contenido volátil. También se sabe que es un material no conductor debido a su contenido volátil.

Las industrias de recubrimientos y tintas prefieren grados de negro de humo que se oxidan con ácido. Se rocía ácido en secadores de alta temperatura durante el proceso de fabricación para cambiar la química superficial inherente del negro. La cantidad de oxígeno unido químicamente en la superficie del negro aumenta para mejorar las características de rendimiento.

La seguridad

Carcinogenicidad

El negro de carbón se considera posiblemente carcinógeno para los humanos y se clasifica como carcinógeno del Grupo 2B porque existe evidencia suficiente en animales de experimentación con evidencia inadecuada en estudios epidemiológicos humanos . La evidencia de carcinogenicidad en estudios con animales proviene de dos estudios de inhalación crónica y dos estudios de instilación intratraqueal en ratas, que mostraron tasas significativamente elevadas de cáncer de pulmón en animales expuestos. Un estudio de inhalación en ratones no mostró tasas significativamente elevadas de cáncer de pulmón en animales expuestos. Los datos epidemiológicos provienen de tres estudios de cohortes de trabajadores de producción de negro de humo. Dos estudios, del Reino Unido y Alemania, con más de 1.000 trabajadores en cada grupo de estudio, mostraron una mortalidad elevada por cáncer de pulmón. Un tercer estudio de más de 5,000 trabajadores de negro de humo en los Estados Unidos no mostró una mortalidad elevada. Los hallazgos más recientes de una mayor mortalidad por cáncer de pulmón en una actualización del estudio del Reino Unido sugieren que el negro de carbón podría ser un carcinógeno en etapa tardía . Sin embargo, un estudio más reciente y más amplio de Alemania no confirmó esta hipótesis.

Seguridad Ocupacional

Existen pautas estrictas disponibles y en vigor para garantizar que los empleados que fabrican negro de carbón no corran el riesgo de inhalar dosis peligrosas de negro de carbón en su forma cruda. Se recomienda equipo de protección personal respiratoria para proteger adecuadamente a los trabajadores de la inhalación de negro de humo. El tipo de protección respiratoria recomendado varía según la concentración de negro de humo utilizada.

Las personas pueden estar expuestas al negro de humo en el lugar de trabajo por inhalación y contacto con la piel o los ojos. La Administración de Salud y Seguridad Ocupacional (OSHA) ha establecido el límite legal (límite de exposición permisible ) para la exposición al negro de carbón en el lugar de trabajo en 3,5 mg / m 3 durante una jornada laboral de 8 horas. El Instituto Nacional de Seguridad y Salud Ocupacional (NIOSH) ha establecido un límite de exposición recomendado (REL) de 3,5 mg / m 3 durante una jornada laboral de 8 horas. A niveles de 1750 mg / m 3 , el negro de carbón es un peligro inmediato para la vida y la salud .

Ver también

Referencias

Otras lecturas

enlaces externos