Industrieruß
Englisch: carbon black
Feines schwarzes Pulver aus amorphem Kohlenstoff, hergestellt durch unvollständige Verbrennung von Erdgas oder Öl, verwendet als Pigment in Tinte und Farbe sowie als Füllstoff in Kautschuk und Kautschukpolymeren zur Verbesserung der UV-Beständigkeit.
Rußschwarz: Industrieruß gezielt verarbeitet für technische Anwendung
Rußschwarz ist eine kolloidale Suspension aus amorphen Kohlenstoffpartikeln, typischerweise 10 bis 500 Nanometer im Durchmesser, erzeugt durch teilweise Verbrennung von Mineralölrohstoffen oder Erdgas in gesteuerten Öfen. Der Prozess erzeugt Ruß, der abgeschieden, verarbeitet und nach Partikelgröße und Oberflächenchemie klassifiziert wird. Im Unterschied zu Holzholzkohle oder Aktivkohle ist Rußschwarz ein Industrieprodukt mit eng definierten Eigenschaften, das jährlich in Millionen Tonnen erzeugt wird.
Das Hauptherstellungsverfahren ist der Ofenprozess, bei dem flüssiger Rohstoff in eine heiße Verbrennungskammer bei Temperaturen von etwa 1300 bis 1600 Grad Celsius eingespritzt wird. Wasserkühlung stoppt die Reaktion und lagert Kohlenstoffpartikel auf Sammeloberflächen ab. Alternative Verfahren sind der Thermalprrozess, der Erdgas bei höheren Temperaturen nutzt, und das heute weitgehend veraltete Kanalverfahren. Jedes Verfahren erzeugt unterschiedliche Partikelformen und Oberflächeneigenschaften, die die nachgelagerte Leistung beeinflussen.
Verstärkung von Gummi und UV-Schutz
Die Hauptanwendung von Rußschwarz ist als Verstärkungsfüllstoff in der Reifenherstellung und anderen Gummiwaren. Ein typischer PKW-Reifen enthält 25 bis 30 Prozent Rußschwarz nach Gewicht. Es erhöht die Zugfestigkeit, Verschleißbeständigkeit und Reißfestigkeit, während es den Rollwiderstand und die Wärmeentwicklung senkt. Der Mechanismus beruht auf der Bildung von Füllstoffnetzwerken in der Gummimischung und der Wechselwirkung zwischen Kohlenstoffpartikeloberflächen und Gummiketten. Oberflächenbereich und Struktur, also Aggregatgröße und Porenraum, bestimmen die Verstärkungswirksamkeit; höhere Oberflächenbereich-Güteklassen erzeugen stärkere Verstärkung, erhöhen aber auch die Viskosität beim Mischen.
Die UV-Absorptionseigenschaft entsteht aus der schwarzen Farbe des Materials und seiner Lichtabsorptionsfähigkeit im sichtbaren und nahinfraroten Spektrum. In Gummimischungen wirkt Rußschwarz als Schutzbarriere gegen Ozon- und Ultraviolettabbau, verlängert die Lebensdauer in Außenanwendungen wie Riemen, Schläuchen und Dachdichtungen. Diese Doppelfunktion als Verstärker und Schutzadditiv macht es wirtschaftlich attraktiv.
Rußschwarz funktioniert auch als Pigment in Druckfarben, Beschichtungen und Kunststoffen, wo es Deckkraft und Farbe bietet. Partikelgröße und Struktur beeinflussen die Färbkraft und das Dispersionsverhalten. Spezialgüteklassen werden für bestimmte Anwendungen entwickelt: Hochstruktur-Ruße für Hochleistungsgummi, Mittelstruktur für Standardanwendungen und Niedrigstruktur für Pigmentierung und Beschichtungen.