Saze - Carbon black - Wikipedia

Informace o činiteli nutícím ke změně klimatu viz Černý uhlík. Informace o bezpečnostní společnosti Carbon Black viz Uhlíková čerň (společnost).
Saze
Carbon black.jpg
Jména
Ostatní jména
Acetylenová černá; Kanál černý; Pec černá; Lampa černá; Termální černá; C.I. Pigmentová černá 6
Identifikátory
3D model (JSmol )
Informační karta ECHA100.014.191 Upravte to na Wikidata
Číslo ES
  • 215-609-9
Číslo E.E152 (barvy)
UNII
Vlastnosti
C
Molární hmotnost12.011 g · mol−1
VzhledČerná pevná látka
Hustota1,8-2,1 g / cm3 (20 ° C)[1]
Prakticky nerozpustný[1]
Nebezpečí
Smrtelná dávka nebo koncentrace (LD, LC):
> 15400 mg / kg (orální potkan)[1]
3000 mg / kg (dermálně, králík)[1]
Pokud není uvedeno jinak, jsou uvedeny údaje o materiálech v nich standardní stav (při 25 ° C [77 ° F], 100 kPa).
Reference Infoboxu

Saze (podtypy jsou acetylenová černá, kanál černý, černá pec, lampa černá a termální černá) je materiál vyrobený nedokonalým spalováním těžkých látek ropa produkty jako FCC dehet, uhelný dehet nebo krakování ethylenu dehet. Saze jsou formou parakrystalický uhlík který má vysokou poměr plochy povrchu k objemu, i když nižší než u aktivní uhlí. Je to nepodobné saze v mnohem vyšším poměru povrchu k objemu a výrazně nižší (zanedbatelný a biologicky nedostupný) polycyklický aromatický uhlovodík (PAH). Saze jsou však široce používány jako modelová směs pro saze dieselových motorů pro experimenty oxidace nafty.[2] Saze se používají hlavně jako výztuž plnivo v pneumatiky a další pryžové výrobky. V plastech, barvách a inkoustech se jako barva používá saze pigment.[3]

Aktuální Mezinárodní agentura pro výzkum rakoviny Hodnocení (IARC) je, že „uhlíková čerň je možná karcinogenní lidem (Skupina 2B )".[4] Krátkodobé vystavení vysokým koncentracím sazí může způsobit nepohodlí horních cest dýchacích mechanickým podrážděním.

Běžné použití

Nejběžnější použití (70%) sazí je jako pigmentová a zpevňující fáze v automobilových pneumatikách. Saze také pomáhají odvádět teplo pryč z běhounu a oblasti pásu pneumatiky, snižují tepelné poškození a prodlužují životnost pneumatiky. Asi 20% světové produkce jde do pásů, hadic a dalšího gumárenského zboží. Váha se používá hlavně jako pigment v barvách, nátěrech a plastech.

Přidávají se saze polypropylen protože absorbuje ultrafialový záření, které by jinak způsobilo degradaci materiálu. U některých se také používají částice sazí materiály absorbující radar, v kopírce a laserové tiskárně toner a v jiných barvách a barvách. Vysoká pevnost v tónu a stabilita sazí také poskytla použití při barvení pryskyřic a filmů.[5] Saze se používají v různých aplikacích pro elektroniku. Dobrý vodič elektřiny, saze se používá jako plnivo ve směsi s plasty, elastomery, filmy, lepidly a barvami.[5] Používá se jako antistatická přísada do uzávěrů a potrubí automobilových paliv.

Saze rostlinného původu se používají jako potravinářské barvivo, v Evropě známé jako přísada E153. Je schválen pro použití jako přísada 153 (Saze nebo Rostlinný uhlík) v Austrálii a na Novém Zélandu[6] ale byl zakázán v USA.[7] Barevný pigment saze je již mnoho let široce používán v balení potravin a nápojů. Používá se ve vícevrstvých UHT lahvích na mléko v USA, v částech Evropy a Asie a Jižní Afriky a v položkách, jako jsou mikrovlnné trouby a mísy na maso na Novém Zélandu.

Rozsáhlý přezkum kanadské vlády ohledně sazí v roce 2011 dospěl k závěru, že saze se v Kanadě mohou nadále používat ve výrobcích - včetně obalů potravin pro spotřebitele. Důvodem bylo, že „u většiny spotřebních výrobků jsou saze vázány v matrici a nejsou k dispozici pro expozici, například jako pigment v plastech a gumách“ a „navrhuje se, aby saze nevstupovaly do životního prostředí v množství, koncentracích nebo pod podmínky, které v Kanadě představují nebo mohou představovat nebezpečí pro lidský život nebo zdraví. “[8]

V Austrálii musí barevný pigment saze v obalech splňovat požadavky předpisů EU nebo USA o obalech. Pokud je použito jakékoli barvivo, musí splňovat evropskou částečnou dohodu AP (89) 1.[9]

Celková produkce byla v roce 2006 kolem 8 100 000 tun (8 900 000 malých tun).[10] Celosvětová spotřeba sazí, odhadovaná na 13,2 milionu metrických tun, v hodnotě 13,7 miliard USD, v roce 2015 by měla dosáhnout 13,9 milionu tun, v roce 2016 v hodnotě 14,4 miliardy USD.

Předpokládá se, že celosvětová spotřeba mezi lety 2016 a 2022 udrží CAGR (složená roční míra růstu) na 5,6% a do roku 2022 dosáhne 19,2 milionu metrických tun v hodnotě 20,4 miliardy USD.[11]

Posílení sazí

Největší využití sazí je jako zpevňující plnivo v pryžových výrobcích, zejména v pneumatikách. Zatímco čistý vulkanizace dásní z styren-butadien má pevnost v tahu maximálně 2 MPa a zanedbatelná odolnost proti oděru, jeho smíchání s 50% hmotnostních sazí zlepšuje jeho pevnost v tahu a odolnost proti opotřebení, jak je uvedeno v tabulce níže. Často se používá v leteckém a kosmickém průmyslu v elastomerech pro součásti řízení vibrací letadel, jako jsou uchycení motoru.

Některé typy sazí používaných v pneumatikách, plastech a barvách
názevZkratka.ASTM
desig.		Částice
Velikost
nm		Tahové
síla
MPa		Relativní
laboratoř
oděru		Relativní
silniční oblečení
oděru
Super oděrová pecSAFN11020–2525.21.351.25
Meziprodukt SAFISAFN22024–3323.11.251.15
Vysoce oděruvzdorná pecHAFN33028–3622.41.001.00
Snadné zpracování kanáluEPCN30030–3521.70.800.90
Rychle vytlačovací pecFEFN55039–5518.20.640.72
Vysokomodulová pecHMFN66049–7316.10.560.66
Polozesilující pecSRFN77070–9614.70.480.60
Fine ThermalFTN880180–20012.60.22–
Střední termálníMTN990250–3509.80.18–

Prakticky všechny pryžové výrobky, u nichž jsou důležité vlastnosti v tahu a oděru, používají saze, takže jsou černé barvy. Tam, kde jsou důležité fyzikální vlastnosti, ale jsou požadovány jiné než černé barvy, jako jsou bílé tenisové boty, srážené nebo pyrogenní oxid křemičitý byl nahrazen sazemi. Plniva na bázi oxidu křemičitého také získávají podíl na trhu s automobilovými pneumatikami, protože poskytují lepší kompromis účinnost paliva a za mokra kvůli nižší ztrátě valením. Tradičně měla křemičitá plniva horší abrazivní vlastnosti, ale technologie se postupně zlepšovala do bodu, kdy se mohly vyrovnat abrazivním účinkům sazí.

Pigment

Saze (Barevný index mezinárodní, PBK-7) je název běžného černého pigmentu, který se tradičně vyrábí zuhelnatěním organických materiálů, jako je dřevo nebo kost. Vypadá černě, protože ve viditelné části spektra odráží jen velmi málo světla s albedo téměř nula. Skutečné albedo se liší v závislosti na zdrojovém materiálu a způsobu výroby. Je znám pod různými názvy, z nichž každý odráží tradiční způsob výroby sazí:

  • Afričtí černoši byl tradičně vyráběn zuhelnatěním slonoviny nebo kostí (viz kostní char ).
  • Réva černá byl tradičně vyráběn zuhelnatěním vysušený vinné révy a stonky.
  • Lampa černá byl tradičně vyráběn sbíráním sazí z olejových lamp.

Všechny tyto typy sazí byly od pravěku značně používány jako pigmenty.[12] Rembrandt, Vermeer, Van Dyck a v poslední době Cézanne, Picasso a Manet[13] používaly na svých malbách pigmenty ze sazí. Typickým příkladem je Manetův „Hudba v Tuileries ",[14] kde černé šaty a pánské klobouky jsou malovány slonovinovou černou.[15]

Novější způsoby výroby sazí tyto tradiční zdroje do značné míry nahradily. Pro řemeslné účely, saze vyrobené jakýmkoli způsobem zůstávají běžné.[5]

Povrchová a povrchová chemie

Všechny saze mají chemisorbovaný kyslíkové komplexy (tj. karboxylová, chinonický, laktonický, fenolický skupiny a další) na jejich površích v různé míře v závislosti na podmínkách výroby.[16] Tyto povrchové kyslíkové skupiny se souhrnně označují jako těkavý obsah. Je také známo, že je to nevodivý materiál kvůli jeho těkavému obsahu.

Průmyslová odvětví nátěrových hmot a inkoustů upřednostňují druhy sazí, které jsou oxidovány kyselinou. Kyselina se během výrobního procesu stříká ve vysokoteplotních sušičkách, aby se změnila inherentní chemie povrchu černé. Množství chemicky vázaného kyslíku na povrchu černé se zvyšuje, aby se zlepšily výkonnostní charakteristiky.

Bezpečnost

Karcinogenita

Uhlíková čerň je považována pravděpodobně karcinogenní pro člověka a klasifikován jako karcinogen skupiny 2B, protože u experimentálních zvířat existuje dostatek důkazů s nedostatečnými důkazy u lidí epidemiologické studie.[4] Důkazy o karcinogenitě ve studiích na zvířatech pocházejí ze dvou studií chronické inhalace a dvou intratracheální instilace studie na potkanech, které prokázaly významně zvýšený výskyt rakoviny plic u exponovaných zvířat.[4] Inhalační studie na myších neprokázala významně zvýšenou míru rakoviny plic u exponovaných zvířat.[4] Epidemiologické údaje pocházejí ze tří kohortní studie pracovníků ve výrobě sazí. Dvě studie ze Spojeného království a Německa s více než 1 000 pracovníky v každé studijní skupině prokázaly zvýšenou úmrtnost na rakovinu plic.[4] Třetí studie o více než 5 000 zaměstnancích na uhlí ve Spojených státech neprokázala zvýšenou úmrtnost.[4] Novější poznatky o zvýšené úmrtnosti na rakovinu plic v aktualizaci ze studie ve Velké Británii naznačují, že saze mohou být karcinogen v pozdním stadiu.[17][18] Novější a větší studie z Německa však tuto hypotézu nepotvrdila.[19]

Bezpečnost práce

K dispozici jsou a jsou zavedeny přísné pokyny, které zajišťují, aby zaměstnanci, kteří vyrábějí saze, nebyli vystaveni riziku vdechování nebezpečných dávek sazí v surové formě.[20] Respirační osobní ochranné prostředky se doporučuje řádně chránit pracovníky před vdechováním sazí. Doporučený typ ochrany dýchacích cest se liší v závislosti na použité koncentraci sazí.[21]

Lidé mohou být na pracovišti vystaveni sazím vdechováním a kontaktem s kůží nebo očima. The Správa bezpečnosti a ochrany zdraví při práci (OSHA) stanovila zákonný limit (Přípustný limit expozice ) pro expozici sazím na pracovišti při 3,5 mg / m3 během 8 hodin pracovního dne. The Národní institut pro bezpečnost a ochranu zdraví při práci (NIOSH) nastavil a Doporučený limit expozice (REL) 3,5 mg / m3 během 8 hodin pracovního dne. Při hladinách 1750 mg / m3, saze jsou bezprostředně nebezpečné pro život a zdraví.[22]

Viz také

Reference

  1. ^ A b C d Záznam v databázi látek GESTIS Institut pro bezpečnost a ochranu zdraví při práci
  2. ^ „Experimentální a kinetická studie interakce komerčních sazí směrem k ne při vysoké teplotě“ (PDF). Citováno 2012-04-25.
  3. ^ „Studie trhu: saze“. Ceresana. Citováno 2013-04-26.
  4. ^ A b C d E F Kuempel, Eileen D .; Sorahan, Tom (2010). „Identifikace výzkumných potřeb k vyřešení karcinogenity vysoce prioritních karcinogenů IARC“ (PDF). Názory a odborné názory na zasedání skupiny odborníků IARC / NORA, Lyon, Francie, 30. června - 2. července 2009. Technická publikace IARC č. 42. Lyon, Francie: Mezinárodní agentura pro výzkum rakoviny. 42: 61–72. Citováno 30. srpna 2012.
  5. ^ A b C "Příklady použití sazí". Mitsubishi Chemical. Citováno 2013-01-14.
  6. ^ Kodex potravinových norem pro Austrálii a Nový Zéland„Standard 1.2.4 - Označování přísad“. Citováno 2011-10-27.
  7. ^ USA FDA:"Seznam stavů barevných aditiv". Citováno 2011-10-27.
  8. ^ „Návrh screeningového posouzení výzvy“. Citováno 2013-01-14.
  9. ^ „Kodex potravinových standardů Austrálie a Nového Zélandu“. Archivovány od originál dne 2012-12-20. Citováno 2013-01-14.
  10. ^ „Co je saze“. Mezinárodní asociace sazí. Archivovány od originál dne 01.04.2009. Citováno 2009-04-14.
  11. ^ Uhlíková čerň - přehled globálního trhu Leden 2016 • Zpráva odborníků z oboru CP024 • 328 stránek
  12. ^ Winter, J. a West FitzHugh, E., Pigments based on Carbon, in Berrie, B.H. Editor, Artists 'Pigments, A Handbook of their History and Characteristics, Volume 4, pp. 1-37.
  13. ^ Kost černá, ColourLex
  14. ^ Bomford D, Kirby J, Leighton, J., Roy A. Umění ve výrobě: impresionismus. Publikace Národní galerie, Londýn, 1990, s. 112–119.
  15. ^ Édouard Manet, „Hudba v zahradách Tuileries“, ColourLex
  16. ^ Hennion, Marie-Claire (červenec 2000). "Grafitizované uhlíky pro extrakci na pevné fázi". Journal of Chromatography A. 885 (1–2): 73–95. doi:10.1016 / S0021-9673 (00) 00085-6. PMID  10941668.
  17. ^ Sorahan T, Harrington JM (2007). „„ Lugged “analýza rizik rakoviny plic u pracovníků výroby sazí ve Spojeném království, 1951–2004“. Am J Ind Med. 50 (8): 555–564. doi:10.1002 / ajim.20481. PMID  17516558.
  18. ^ Ward EM, Schulte PA, Straif K, Hopf NB, Caldwell JC, Carreón T, DeMarini DM, Fowler BA, Goldstein BD, Hemminki K, Hines CJ, Pursiainen KH, Kuempel E, Lewtas J, Lunn RM, Lynge E, McElvenny DM , Muhle H, Nakajima T, Robertson LW, Rothman N, Ruder AM, Schubauer-Berigan MK, Siemiatycki J, Silverman D, Smith MT, Sorahan T, Steenland K, Stevens RG, Vineis P, Zahm SH, Zeise L, Cogliano VJ (2010). „Doporučení výzkumu pro vybrané agenty klasifikované podle IARC“. Perspektivy zdraví a životního prostředí. 118 (10): 1355–62. doi:10,1289 / ehp.0901828. PMC  2957912. PMID  20562050.
  19. ^ Morfeld P, McCunney RJ (2007). „Saze a rakovina plic: Testování nové metriky expozice v německé kohortě“. Am J Ind Med. 50 (8): 565–567. doi:10.1002 / ajim.20491. PMID  17620319.
  20. ^ „Pokyny pro bezpečnost a ochranu zdraví při práci pro saze: Potenciální lidský karcinogen, Centra pro kontrolu a prevenci nemocí, Národní institut pro bezpečnost a zdraví při práci“ (PDF). Citováno 2013-01-14.
  21. ^ „Směrnice o bezpečnosti a ochraně zdraví při práci pro saze: potenciální lidský karcinogen“ (PDF). Centra pro kontrolu a prevenci nemocí, Národní institut pro bezpečnost a ochranu zdraví při práci. Citováno 11. ledna 2013.
  22. ^ „CDC - NIOSH Kapesní průvodce chemickými nebezpečími - saze“. www.cdc.gov. Citováno 2015-11-27.

Další čtení

externí odkazy