El carbon black es un producto prácticamente indispensable en la industria, ya sea en las mezclas de caucho como reforzante, pigmento para plásticos, agente conductor o estabilizante a los rayos UV, según la abundancia, tamaño de partícula y estructura. Por eso la capacidad de evaluar el nivel y su dispersión precisa es crucial para confirmar que los costos de material final y las propiedades mecánicas no se vean afectadas negativamente.

El carbon black o el negro de carbón es carbón elemental puro en forma de partículas coloidales producidas por combustión parcial o descomposición térmica de hidrocarburos gaseosos o líquidos en condiciones controladas. Y como mencionábamos anteriormente es comúnmente utilizados en neumáticos, productos de caucho y plástico, tintas de impresión y pinturas, y está relacionado con las propiedades de una superficie específica, tamaño y estructura de sus partículas, conductividad y color.

El método convencional para evaluar cada una de estas propiedades es el que se menciona en la norma ISO 6864: 1986, donde la determinación se lleva a cabo mediante pirolisis de una porción de ensayo a 550 °C en nitrógeno seguido de una calcinación en un horno de mufla a 900 °C. Finalmente el contenido de negro de carbón se calcula a partir de la diferencia en la masa antes y después de la calcinación. Básicamente evaluamos las propiedades mediante un horno de tubo eléctrico, sin embargo, estamos hablando de un procedimiento largo con un rendimiento muy bajo de resultados, ya que tres muestras podrían tardar aproximadamente un día en analizar y determinar el contenido de negro de carbón, por lo tanto este método obsoleto no es rentable hoy en día, es por eso que te hablare de otro tipo de técnica que no solo te ayudaran en la eficacia, rapidez y rendimiento si no también estarás a la vanguardia con la mejor tecnología analítica de hoy.

El análisis termogravimétrico (TGA) y los métodos convencionales de horno de mufla se han considerado como alternativas prometedoras al horno de tubo para determinar el contenido de negro de carbón. Mediante el TGA podemos cuantificar los cambios de peso, capaz de registrar cambios de pocos microgramos, dentro de un material en función de la temperatura o el tiempo. Este método se puede aplicar a diversas áreas como análisis compositivo confiable y preciso, determinación de mecanismos de descomposición, estudios de volatilidad, contenido de humedad y contenido de cenizas. Además de la temperatura, el gas de purga es otra variable que puede afectar los resultados de cambio de peso. Incluso al variar el gas de purga en TGA durante el análisis, a veces es posible la separación de los aditivos del polímero y el polímero en masa.

Ahora te presentare un ejemplo de como el análisis de negro de carbón se vuelve más sencillo mediante el uso del método de TGA. El análisis llevado a cabo en la empresa Impact Solutions:

“Aquí, se llevaron a cabo una serie de pruebas para establecer la eficiencia y la precisión del método TGA comparándolo con el método del horno de mufla convencional y el horno de tubo obsoleto. Se utilizaron tres tipos de plástico, de los cuales cada uno tenía un porcentaje conocido de negro de carbón.

Se utilizaron los siguientes materiales (con las hojas de datos proporcionadas):

Para los experimentos de TGA, se preparan tres muestras de cada estándar en una masa de entre 30 y 40 mg en crisoles de alúmina. Después de colocar un crisol en la micro balanza sensible y la máquina está sellada, la temperatura aumenta desde la temperatura ambiente hasta 800 ° C bajo purga de nitrógeno. La muestra se deja calcinar a la misma temperatura durante otros 15 minutos seguidos de un aumento a 900 ° C bajo purga de oxígeno. La diferencia porcentual por masa se calcula mediante un software dedicado y se calcula manualmente un promedio para cada estándar (representado en las tablas a continuación).

Las muestras analizadas con TGA mostraron valores de contenido de negro de carbón muy cercano a los valores de referencia, lo que produjo desviaciones estándar muy bajas, mientras que en los resultados obtenidos del horno de mufla no se acercaron en absoluto a los valores de referencia. Por ejemplo, el material CRP 100 con un contenido de CBC de referencia 2.1% mostró un CBC promedio de 2.19% ± 0.03%. Mientras que el valor del horno de tubo fue de 2.27% ± 0.09%. 

En conclusión, al realizar una serie de pruebas de contenido de negro de humo en tres materiales diferentes de PE, se demostró que TGA es, con mucho, el método más preciso, rápido y confiable. Tanto el horno de tubo como el horno de mufla consumen mucho más tiempo y son menos precisos en comparación con el TGA en términos de pruebas de CBC”.

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