Nero carbone - Ketjenblack EC-600JD

I neri conduttivi sono classificati come neri di carbonio speciali. I neri di Ketjen, così come molti altri neri conduttivi presenti sul mercato, sono neri da forno. Vengono prodotti con il processo della fornace, in cui i flussi di petrolio subiscono una combustione incompleta in un forno a condizioni drastiche. L'area superficiale BET di Ketjenblack EC-600JD è dell'ordine di 1200-1300 m2 per grammo. Le applicazioni che possono trarre vantaggio da questo nero carbone sono le celle a combustibile e gli elettrolizzatori, i materiali per batterie, le vernici, i coloranti, i toner, come supporto catalitico per numerosi materiali catalitici, ecc. Struttura del materiale per i neri di carbonio KetjenBlack Il Ketjenblack è un materiale con una resistività intrinseca di circa 0,01 - 0,1 [?-cm]. Il Ketjenblack è disponibile principalmente in pellet di circa 3 mm (Figura 1). Questi pellet possono essere facilmente suddivisi nelle particelle più piccole che li costituiscono: gli agglomerati, con una dimensione di circa 100 micrometri (?m). Gli agglomerati sono formati da diversi aggregati, che sono particelle ancora più piccole, di circa 0,1 - 1,5 m. Gli aggregati sono le particelle chiave per la conduttività. Tendono ad aderire l'uno all'altro e sono necessarie elevate forze di taglio per rompere gli agglomerati in aggregati. Figura 1. Struttura del nero di Ketjen Modalità d'azione Per ottenere la conduttività, le particelle di nerofumo devono formare una rete attraverso la quale gli elettroni possono essere trasferiti. La curva di percolazione mostra la formazione di una rete conduttiva (Figura 2). Fino a un certo dosaggio, la conduttività (l'inverso della resistività) non subisce grandi variazioni. A una certa concentrazione critica, il polimero/gomma inizia a diventare conduttivo (punto di percolazione). Quando la curva di percolazione diventa piatta, l'aggiunta di altro nero conduttivo non cambia la conduttività. Prima della curva di percolazione, il riempimento conduttivo non è sufficiente: la distanza tra le particelle di nerofumo è troppo lunga e gli elettroni non possono trasferirsi da una particella all'altra. Quando si raggiunge la percolazione, la distanza è appena sufficiente per consentire il trasferimento di elettroni. Figura 2. Curva di percolazione KetjenBlack EC-600JD rispetto a KetjenBlack EC-300J La differenza principale tra KetjenBlack EC-600JD e KetjenBlack EC-300J è la frazione di vuoti, descritta in figura (l'immagine è per gentile concessione di Lion Specialty Chem.). La frazione dei vuoti di KetjenBlack EC-600JD è più elevata rispetto al grado EC-300J e ad altri gradi commerciali di nero acetilene. Resistività volumetrica in funzione della percentuale di riempimento per vari KetjenBlack e altri neri di carbonio commerciali Grazie all'eccellente conducibilità elettrica e alla morfologia delle polveri di nerofumo KetjenBlack, è possibile ottenere facilmente una resistività volumetrica molto più bassa rispetto ad altri nerifumo commerciali (si veda l'immagine sottostante, per gentile concessione di Lion Specialty Chem.). Una resistività volumetrica più bassa significa che una maggiore conduttività all'interno di un composito di resina contenente carbonio o di qualsiasi altro composto può essere facilmente ottenuta con una quantità inferiore di KetjenBlack EC-600JD rispetto ad altri carbon black.   Miscelazione Durante la miscelazione o il compounding, Ketjenblack deve prima essere bagnato dal polimero nella matrice del composto, il che richiede tempo, a causa della sua elevata area superficiale e del volume dei pori (bassa densità di massa). Il processo di bagnatura può essere controllato regolando la temperatura di miscelazione. Inoltre, è necessario fornire sufficiente energia di miscelazione per disperdere uniformemente il nerofumo bagnato nel composto. Per ottenere una distribuzione uniforme del nero carbone è essenziale un taglio sufficiente durante la miscelazione. La regolazione della temperatura (bagnatura) e delle forze di taglio (dispersione degli agglomerati di Ketjenblack) sono due parametri molto importanti che devono essere attentamente calibrati per trovare il miglior compromesso, soprattutto considerando il tipo di polimero in uso.