ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Состав, свойства и области применения из "Химия и технология пигментов" Начало применения черных углеродсодержащих пигментов относится ко временам глубокой древности. Об использовании черных пигментов для письма известно уже из египетских папирусов, относящихся к XVI в. до н. э. Действительными изобретателями способов получения сажи следует считать китайцев и японцев, применявших ее раньше других народов. Для получения сажи китайцы сжигали древесное, сезамовое и другие масла под фарфоровым конусом и три — четыре раза в час пером сметали осевшую на конус сажу. В Китае сажу применяли для изготовления туши для письма и с этой целью ее растирали с рыбьим клеем. По свидетельству Плиния и Витрувия, из Китая и Японии применение туши перешло в Грецию и Рим. [c.277] По данным Щавинского [2], применение сажи для письма было известно в древнем Риме уже до начала н. э. По его же данным в древней Руси сажу для письма применяли еще в XV в. В памятниках русской письменности, относящихся к этой эпохе, упоминается о применении копченых чернил . В начале того же XV в. в Западной Европе сажу начали применять для изготовления типографских красок, в связи с чем ее производство начало быстро развиваться. Однако бурный рост производства сажи относится к концу XIX в., когда было найдено, что введение сажи в резину значительно повышает прочность последней. С этого времени резиновая промышленность становится основным потребителем сажи, мировое производство которой достигает в настоящее время 800 ООО т в год. [c.277] В промышленности применяются сажи различного качества, которое в конечном счете зависит от исходного сырья, метода производства и колеблется в широких пределах. [c.278] Общепринятой классификации и номенклатуры различных видов сажи не существует. По принятой в СССР номенклатуре, в основу которой положены исходное сырье и метод производства, сажи, получаемые сжиганием твердых органических веществ, называются пламенными сажи, получаемые сжиганием жидких веществ, в зависимости от. конструкции горелки, — ламповыми или форсуночными сажи, получаемые сжиганием газообразных продуктов, в зависимости от конструкции установки для сжигания газа, — газовыми канальными или газовыми печными. Сажи, получаемые разложением природного газа при высокой температуре без доступа воздуха, называются термическими, а получаемые сжиганием ацетилена — ацетиленовыми. [c.278] Качество сажи определяется ее физическими и химическими свойствами и, в первую очередь, дисперсностью (величиной первичных частиц) и химическими свойствами поверхности частиц (величиной pH ее водной вытяжки). Оказывает влияние на качество сажи и характер вторичных структур, которые образуются из первичных частиц. [c.278] По величине частиц сажа занимает особое место среди пигментов. Ее частицы значительно меньше частиц всех остальных пигментов и близки по размерам к коллоидным. Определение размеров частиц сажи стало возможно только в последние годы в результате разработки методов измерения удельной поверхности частиц при помощи адсорбции. По удельной поверхности частиц можно вычислить и их размеры. Под электронным микроскопом можно непосредственно определять размеры частиц сажи. [c.278] Величина частиц сажи колеблется в широких пределах от 10 до 600 тц. Наиболее дисперсной является газовая канальная сажа, состоящая из частиц диаметром 10—40 тц, ламповая сажа состоит из частиц диаметром 120—180 тц. Газовая термическая сажа состоит из частиц еще более крупных — 280—320 тц [3]. Из этих данных следует, что величина частиц сажи широко колеблется не только при переходе от одного вида сажи к другому, но и в пределах каждого отдельного вида. [c.278] Величина первичных частиц сажи оказывает большое влияние на ее важнейшие свойства цвет, интенсивность и маслоемкость. С уменьшением диаметра частиц черный цвет сажи приобретает более глубокий оттенок, а интенсивность ее увеличивается. Однако у сажи, в отличие от других пигментов, такая зависимость существует только для частиц величиной до 25 тц дальнейшее уменьшение диаметра частиц сажи вызывает медленное падение ее интенсивности. Падение интенсивности сажи при величине частиц ниже 25 тц по данным одних исследователей происходит из-за полупрозрачности таких мелких частиц, а по данным других исследователей — из-за того, что такие частицы плохо диспергируются. [c.279] От размеров первичных частиц зависит и величина их поверхности, а именно уменьшение размеров первичных частиц сопровождается увеличением их суммарной поверхности. Так, например, суммарная поверхность частиц 1 г сажи при диаметре частиц 275 тц составляет 10 м , при диаметре частиц 80 тц —40 и при диаметре частиц 10 тц —290 м . Так как маслоемкость сажи, частицы которой не имеют пор, Рис. 87. Схема зависит только от суммарной поверхности ча- ой°частицы сТжй стиц, то с уменьшением размеров частиц сажи из кристаллитов, ее маслоемкость увеличивается. Маслоемкость сажи, состоящей из крупных первичных частиц, например термической, равна 50—80, для ламповой она повышается до 100—120, для газовой сажи маслоемкость увеличивается до 200, а для ацетиленовой — до 250 и выше. От величины первичных частиц зависит также способность сажи диспергироваться чем меньше размеры частиц сажи, тем хуже она диспергируется. [c.279] Частицы сажи имеют, как правило, форму сферическую или близкую к ней. Частицы неправильной формы с неправильными участками поверхности встречаются редко они являются, по-видимому, продуктами разрушения вторичных образований. [c.279] Качество сажи определяется не только величиной ее частиц, но и химическими свойствами их поверхности. Если сажу нагревать в тигле при температуре 950—970°, то происходит падение веса сажи, которое долгое время объясняли, по аналогии с углями, выделением летучих веществ. В последнее время было установлено, что падение веса сажи при прокаливании является следствием процессов, протекающих на поверхности сажевых частиц. Сущность этих процессов заключается в том, что во время образования сажевой частицы на ее поверхности адсорбируется кислород, который, вступая в химическую реакцию с поверхностными атомами углерода, образует сложные комплексы состава С Оу. Образованием таких комплексов и объясняется трудность удаления из сажи адсорбированного ею кислорода. При нагревании сажи примерно до 1000° часть образовавщихся комплексов разрушается, а освободившийся кислород выделяется в виде СО и в виде значительно меньшего количества СОг, в результате чего и падает вес сажи. Присутствие на поверхности сажевых частиц комплексов С 0, оказывает большое влияние на свойства сажи. [c.280] Комплексы С Оу, находясь на поверхности сажевых частиц, действуют на сажу как диспергатор они вызывают быстрое диспергирование и смачивание сажи пленкообразователями. Улучшая диспергирование сажи, комплексы С Оу тем самым углубляют ее тон. [c.281] Все виды сажи обладают адсорбционной способностью, хотя и в разной степени. Величина адсорбционной способности сажи характеризует ее активность. Она зависит от величины поверхности частиц и от поверхностных химических явлений. [c.281] Повышенное количество комплексов J Oy в саже (низкое значение pH ее водной пасты) является одним из условий получения покрытий с сильным блеском и лакокрасочных материалов, вязкость которых при хранении или не изменяется совсем или изменяется незначительно. [c.281] Основной составной частью сажи является углерод, количество которого колеблется в различных видах сажи от 94,0 до 99,9%. Кроме углерода, в состав сажи входят кислород, водород и различное количество минеральных веществ. Кислород и водород присутствуют в саже вследствие адсорбции их частицами сажи из продуктов сгорания сырья. Присутствие в саже минеральных примесей и их количество объясняются характером технологического процесса. В канальную сажу минеральные вещества попадают в виде окалины, образующейся на металлических поверхностях, на которых осаждается сажа. В другие виды сажи минеральные вещества попадают в результате испарения воды, вбрызгиваемой в поток сажевых частиц для их охлаждения. В последнем случае минеральные вещества осаждаются тонким слоем на поверхности сажевых частиц и могут, как было указано, оказывать влияние на величину рн водной сажевой пасты, повыщая ее до 9 и выше. [c.282] Вследствие своего химического состава сажа обладает высокой стойкостью к действию кислот, щелочей, а также к влиянию света, высоких и низких температур. [c.282] Истинный удельный вес (так называют удельный вес различных видов сажи после удаления из них адсорбированных газов) колеблется от 1,6 для пламенной сажи до 2,0 для газовой и зависит от температуры получения сажи чем эта температура выше, тем больше удельный вес сажи. Насыпной вес сажи в зависимости от ее сорта колеблется в пределах 100—500 г/л. [c.282] НЫМ пигментом. Она широко применяется в лакокрасочной промышленности для производства черных красок и эмалей, но значительно большие количества ее используются в полиграфической, промышленности в различных видах красок для печати типографских, литографских и др. Много сажи требуется электротехнической промышленности для производства щеток и углей в дуговых лампах. Но основным потребителем сажи в настоящее время является резиновая промышленность, использующая свыше 80% мирового производства сажи. Такое большое потребление сажи резиновой промышленностью объясняется способностью сажи при введении в резиновые смеси значительно увеличивать прочность резины. Так, если сопротивление на разрыв вулканизованного натурального каучука равно 200 kb m , то при введении на 100 вес. ч. каучука 35 вес. ч. сажи эта величина повышается до 300 кг/см. Влияние сажи на прочность синтетических каучуков еще больше резина из бутадиенстирольного каучука имеет сопротивление на разрыв 14 кг/см , а при содержании на 100 вес. ч. каучука 50 вес. ч, сажи эта величина возрастет до 210—220 кг1см . [c.283] Вернуться к основной статье