Carbon Black ist die englische Bezeichnung für Industrieruß, der unter kontrollierten Bedingungen gezielt hergestellt wird und physikalisch und chemisch spezifiziert ist. Dem gegenüber steht der Kamin- bzw. Dieselruß, der als undefiniertes Nebenprodukt bei der Verbrennung von Kohle bzw. Kohlenwasserstoffen entsteht.

Carbon Black besteht zu mehr als 96% aus amorphem Kohlenstoff und geringen Mengen an Sauerstoff, Wasserstoff, Stickstoff und Schwefel. Die meisten dieser Elemente sind an der Oberfläche konzentriert. Der Sauerstoffgehalt von nachträglich oxidiertem Carbon Black kann bis zu 15 % betragen.

Herstellung

Das wichtigste (weltweit 98%) Herstellungsverfahren für Carbon Black ist der Furnace-Prozess. Bei diesem Verfahren wird in einer Brennkammer (engl. furnace) ein Heißgas von 1200 bis 1800 °C durch Erdgas- oder Ölverbrennung erzeugt. In das heiße Gas werden dann aromatenreiche kohle- und erdölstämmige Ruß-Öle eingedüst. Durch unvollkommene Verbrennung und thermische Spaltung (Pyrolyse) des Rohstoffs wird neben Wasserstoff und anderen gasförmigen Verbindungen Carbon Black gebildet. Nach genau festgelegter Reaktionszeit wird das Prozessgasgemisch durch Wassereindüsung schlagartig abgekühlt (Quenching) und so die Reaktion gestoppt. Das Produkt wird anschließend in Schlauchfiltern vom Prozessgas abgetrennt. Die Furnace-Reaktoren werden durchgehend im Schichtbetrieb betrieben. Weitere Methoden zur Herstellung von Carbon Black sind das Gas-Black- bzw. Channel-Black-, das Lamp-Black- und das Thermal-Black-Verfahren.

Eigenschaften

Je nach Anwendungsgebiet stehen unterschiedliche Rußtypen mit maßgeschneiderten Eigenschaften zur Verfügung, die durch die Art des Herstellverfahrens und durch Variation der Prozessparameter gezielt hergestellt werden. Carbon Black besteht aus ketten- oder traubenartigen Aggregaten, die aus kleinsten, meist kugelförmigen Teilchen während des Herstellprozesses zusammengewachsen sind. Diese Aggregate lagern sich noch im Reaktor zu großen Agglomeraten zusammen. Rußtypen mit hoher spezifischer Oberfläche und weitverzweigten Aggregaten sind besonders leitfähig. Diese Leitfähigkeitsruße setzt man z. B. zur antistatischen Ausrüstung in Kunststoffanwendungen ein. Für viele Anwendungen wird auch eine gezielte Nachbehandlung des Rußes durchgeführt. In hochfarbtiefen Lacken werden zum Beispiel Carbon Black-Typen eingesetzt, die durch nachträgliche Oxidation gezielt veredelt wurden.

Verwendung

Carbon Black wird zu über 90% als Füllstoff in der Gummiindustrie, hauptsächlich für Fahrzeugreifen und technische Gummiartikel wie Fördergurte, Schläuche und Dichtungsprofile verwendet. Außerdem wird er als Schwarz-Pigment für Druckfarben, Tuschen, Lacke sowie zur Einfärbung und zum UV-Schutz von Kunststoffen genutzt. Ferner dient Carbon Black als Schwarzpigment in Spezialitäten wie Maskara, Graberde, Dekorpapier und Fasern. Als Leitfähigkeitsruß wird er in der Elektroindustrie zur Herstellung von Elektroden und Kohlebürsten verwendet.
 

Literatur

1. Chemie.DE Information Service GmbH
   
2. Broschüre: "What is Carbon Black?", Evonik-Degussa GmbH

NanoCare - Datenblatt zum Download

Datenblatt-CarbonBlack.pdf