פחמן שחור לבן

פחמן שחור לבן, המכונה גם סיליקה מיובשת או סיליקה בהירה, בשמה הכימי סיליקון דיאוקסיד (SiO₂), הוא אבקה לבנה, לא רעילה, אמורפית בקנה מידה ננומטרי. היא נקראת על שם מראהה הלבן ויכולתה לשמש כתחליף לפחמן שחור.

א. מידע בסיסי

• מראה: אבקה לבנה או בלוקים גרגיריים או בעלי צורה לא סדירה.
• תכונות כימיות: מסיס באלקלים קאוסטיים ובחומצה הידרופלואורית, בלתי מסיס במים, ממסים וחומצות (למעט חומצה הידרופלואורית).
• תכונות פיזיות: עמידות בטמפרטורה גבוהה, לא דליק, חסר טעם, חסר ריח, עם בידוד חשמלי מעולה.
• מספר CAS: 10279-57-9
• מספר EINECS: 238-878-4

II. רכיבים עיקריים ומבנה

המרכיב העיקרי של פחמן שחור לבן הוא סיליקון דו-חמצני, אשר מיוצג על ידי הנוסחה SiO₂·nH₂O, כאשר nH₂O קיים בצורת קבוצות הידרוקסיל על פני השטח. פחמן שחור לבן הוא חומר נקבובי בעל שטח פנים סגולי ופעילות פני שטח גדולים.

ג. שיטות הכנה

שיטות ההכנה של פחמן שחור לבן כוללות בעיקר שיטת פאזה גזית, שיטת משקעים ושיטת פירוק.

• שיטת פאזה גזית: באמצעות כלורידי סיליקון (כגון סיליקון טטראכלוריד) כחומרי גלם, פחמן שחור לבן נוצר באמצעות הידרוליזה בלהבה בטמפרטורות גבוהות. לפחמן שחור לבן בפאזה גזית יתרונות של גודל חלקיקים קטן, שטח פנים סגולי גדול וטוהר כימי גבוה, אך תהליך ההכנה מורכב והעלות גבוהה יחסית.
• שיטת משקעים: משקע סיליקון דו-חמצני נוצר על ידי תגובה של נתרן סיליקט עם חומצה, ולאחר מכן מתקבל פחמן שחור לבן באמצעות סינון, שטיפה, ייבוש ותהליכים אחרים. טכנולוגיית הייצור של פחמן שחור לבן משקע בוגרת, והציוד פשוט, אך למוצר פעילות נמוכה וקשה לשלוט בחלקיקים.

IV. תחומי יישום

פחמן שחור לבן נמצא בשימוש נרחב בתחומים שונים בשל תכונותיו הייחודיות:

1. תעשיית הגומי: פחמן שחור לבן הוא חומר חיזוק חשוב למוצרי גומי, שיכול לשפר את החוזק, עמידות הבלאי, עמידות הקרע ותכונות האנטי-אייג'ינג של מוצרי גומי. הוא נמצא בשימוש נרחב במיוחד בייצור צמיגים, מכיוון שהוא יכול להגביר את אחיזת הצמיגים ולשפר את בטיחות הנהיגה.
2. תעשיית הפלסטיק: כחומר חיזוק ומילוי, פחמן שחור לבן יכול לשפר משמעותית את החוזק, הקשיות ועמידות הבלאי של פלסטיק, ולשפר את ביצועי העיבוד של פלסטיק.
3. תעשיית הציפויים: פחמן שחור לבן, כחומר מילוי פיגמנט, יכול לשפר את כוח הכיסוי, ההידבקות ועמידות בפני מזג אוויר של ציפויים, ולהפחית את עלויות הציפוי.
4. תעשיית הנייר: כחומר מילוי איכותי, פחמן שחור לבן יכול לשפר את הלובן, החלקות והברק של הנייר, ולשפר את ביצועי ההדפסה שלו.
5. תעשיית הקרמיקה: בתהליך הייצור של מוצרי קרמיקה, פחמן שחור לבן נמצא בשימוש נרחב בהכנת גלזורות וגופים, ומשפר את החוזק, הקשיות ועמידות הבלאי של מוצרי קרמיקה.
6. תעשיית הדיו: כחומר מילוי פיגמנט, פחמן שחור לבן יכול לשפר את כוח הכיסוי, ההידבקות והיציבות של דיו, ולשפר את ביצועי ההדפסה של דיו.
7. תעשיית הקוסמטיקה: פחמן שחור לבן, כחומר מילוי ומעבה, יכול לשפר את הדקיקות, היציבות והמגע של מוצרי קוסמטיקה, לווסת את הפרשת השומן בעור ולשפר את איכות העור.
8. תעשיית התרופות: פחמן שחור לבן משמש בעיקר בהכנת פורמולציות תרופות, לשיפור הפיזור, היציבות והזמינות הביולוגית של תרופות, והפחתת תופעות לוואי.