고무 및 특정 플라스틱 제품 생산 시 카본 블랙 미세도 핵심 요소입니다. 제품 성능과 비용 모두에 영향을 미칩니다. 그러나 업계는 분쇄 입자를 선택할 때 "미세할수록 좋다"는 단일 기준을 고수하지 않습니다. 대신 최종 적용 시나리오를 기반으로 적절한 입자 크기 범위를 결정해야 합니다. 이상적으로 폐타이어 열분해에서 얻은 카본 블랙을 분쇄하는 목표는 1차 입자 크기(약 325-800메시)을 확보하고 양호한 분산을 보장합니다. 그러나 실제로는 제품 성능 요구 사항, 생산 비용, 그리고 가공의 어려움 사이의 균형을 맞춰 이 세 가지 요소 간의 최적의 균형을 찾는 것이 필요합니다.
파인 카본 블랙의 장점
미세 카본 블랙은 여러 가지 장점을 제공합니다.
첫째, 보강 성능을 크게 향상시킬 수 있는데, 이는 고무 산업이 미세도를 강조하는 핵심 이유입니다. 보강 성능은 표면적에 따라 달라집니다. 더 작은 입자 표면적이 더 넓어져 고무 분자와의 접촉점이 더 많아지고, 결합력이 더 강해집니다. 결과적으로 인장 강도, 인열 저항성, 내마모성이 향상됩니다.
둘째, 잉크, 코팅, 플라스틱 등의 착색 분야에서 더 미세한 카본 블랙은 더 높은 검은색, 푸른 색조, 더 강한 착색력, 그리고 뛰어난 피복력을 제공합니다.
마지막으로, 이론상으로는, 작은 1차 입자는 재료 매트릭스에 균일하게 분산되기 쉽기 때문에 입자 응집으로 인한 결함이 줄어들고 제품 품질의 안정성이 보장됩니다.
과도한 연삭의 단점
하지만 카본 블랙 분쇄는 단순히 "더 곱게 갈수록 더 좋다"는 문제가 아닙니다. 과도한 분쇄는 여러 가지 단점을 초래할 수 있습니다.
- 에너지와 비용이 급격히 상승합니다. 미크론에서 나노 단위로 분쇄하는 데는 많은 에너지가 필요합니다. 입자가 미세할수록 비용이 높아집니다.
- 악화된 응집 – 입자가 미세할수록 표면 에너지가 높아집니다. 2차 클러스터로 쉽게 재응집됩니다. 이러한 클러스터는 분산되기 어렵습니다. 이는 미세 입자의 이점을 상쇄합니다.
- 처리가 더 어려워진다 – 고무의 경우, 매우 미세한 카본 블랙을 첨가하면 점도가 높아집니다. 혼합이 더 어려워지고 에너지 소모가 증가합니다. 가황 속도도 느려질 수 있습니다. 플라스틱의 경우, 과도한 첨가는 용융 강도를 감소시키고 성형에 영향을 줄 수 있습니다.
- 성과 과잉과 비용 낭비 – 컬러 시멘트 벽돌이나 저요구 플라스틱 필러와 같은 저급 응용 분야에서는 미세 카본 블랙이 불필요하여 낭비가 발생합니다.
- 잠재적인 구조적 손상 – 과도한 분쇄는 카본블랙 응집체 형태를 손상시켜 본래의 보강 특성을 약화시킬 수 있습니다.
다양한 용도에 따른 분쇄 미세도 선택
고급 고무 제품(타이어, 컨베이어 벨트): 500~800메쉬, 골재 크기에 가깝고, 표면적과 DBP 오일 흡수값에 대한 엄격한 관리가 이루어짐.
중/저급 고무 제품(측면, 밑창, 내부 튜브): ~425 메시, 성능, 비용, 가공성의 균형을 이룹니다.
플라스틱 마스터배치, 코팅, 잉크: ~500메시, 착색 강도와 분산에 충분함.
저가치 충전 응용 분야(콘크리트, 트랙, 포장용 벽돌): ~80메쉬의 거친 분말로 비용을 최소화합니다.
결론
요약하자면, 폐타이어에서 추출한 열분해 카본블랙은 목표 용도에 따라 결정되는 "최적 입자 크기 범위"를 갖습니다. 맹목적으로 극도의 미세도를 추구하면 생산 비용과 에너지 소비가 증가할 뿐만 아니라 응집, 가공 문제, 성능 저하를 초래할 수 있습니다. 과학적 접근 방식은 성능 요건을 충족하는 가장 경제적이고 적합한 분쇄 미세도를 찾기 위해 실험적 시험을 수행하는 것입니다.
