Углерод технический, его получение

Уголь древесный - твердый продукт с высокой пористостью, истинная плотность 1100–1850 кг/м 3 , зольность 3 %. При обычной температуре присоединяет кислород, чем и объясняется его склонность к само­возгоранию.

Сажа - высокодисперсный продукт, смесь частиц угля с различными органическими и неорганическими компонентами. Различают обычную сажу, образующуюся в дымоходах и содержащуюся в составе выхлопов дизельных двигателей, и газовую сажу, получаемую промышленным способом. Газовая сажа состоит из частиц У., имеющих серповидную форму, размером менее 1 мкм. Сажа из отработанных газов дизельных двигателей представляет гроздьевидные скопления частиц У., но более крупных размеров. Обычная сажа из дымоходов содержит мало скоплений частиц У.: 1/3 ее состава - частицы кокса, 1/5 - пепел, 1/2 - сгораемые материалы. В саже из печных труб, в зависимости от вида топлива, содержится 16–56 % У., из топок заводских паровых котлов - около 26 %; в промышленно получаемой саже более 98 % У., 0,2–0,5 % водорода, немного минеральных веществ и серы (Rivin, Medalia; Medalia et al.). В саже из печных труб найдено 0,03 % бензо[ a ]пирена (Шабад); наименьшее его содержание в саже из кокса, наибольшее - в саже из каменного угля. Плотность различных типов сажи 1250–1800 кг/м 3 . Масса 1 л, в зависимости от степени дисперсности, от 25–30 до 400г. Средний диаметр частиц канальной сажи, применяемой для изготовления лаков и красок, 10–15 нм, для резины 30–35 нм, для других целей от 23–40 до 250–350 нм. Активный уголь адсорбирует органические вещества - углеводороды и многие их производные, слабее - низшие спирты, аммиак и особенно плохо - воду.

Содержание в природе. У. содержится в земной коре, составляя в среднем 2,3 · 10 –2 % ее массы, в основном в связанном состоянии - в виде природных карбонатов (известняков и доломитов). У. также присутствует в составе 112 минералов и во всех горючих ископаемых, составляя 96 % антрацита, 85 % нефти, 80 % каменного угля, 50 % древесины, входит в состав торфа, битума, горючих сланцев, горючих природных газов. У. содержится в атмосфере, гидросфере, растениях, в живых организмах (примерно 18 %).

Кругооборот У. в природе состоит из двух циклов: геологического и биологического. Геологический цикл представлен СО 2 , выделяющимся в атмосферу при сгорании ископаемого топлива, из вулканических газов, горячих минеральных источников, из поверх­ностных слоев океанических вод, при выветривании горных пород, а также У., входящим в состав осажденных карбонатов Ca и Mg. Этот цикл очень длителен. Биологический цикл короткий и интенсивный. У. в виде СО 2 ассимилируется из тропосферы растениями и из биосферы вновь возвращается в геосферу. В процессе фотосинтеза происходит накопление У. растениями в течение дня и выделение ночью. Ассимилированный растениями У. попадает в организм животных и человека, а затем при гниении экскрементов, животных и растительных материалов - в почву и в виде СО 2 - в атмосферу. Количество У. в почве в составе органических соединений весьма различно и зависит от почвы, достигая в экваториальных джунглях 8000 г/м 3 .
В микроорганизмах и грибках почвы содержание У. в верхнем 15-санти­метровом слое составляет 10–60 г/м 2 . Средняя длительность существования соединений У. в земных экосистемах около 15 лет.

Около 88 % У., растворенного в океанической воде, в течение 26 дней возвращается в биосферу, остальное оседает в виде карбонатов. Океан адсорбирует из атмосферы около 30 % СО 2 . Вместе с тем он является и источником СО 2 , который выделяется в атмосферу в районах теплых вод. Содержание СО 2 , раство­ренного в водах рек, морей и океанов, примерно в 60 раз выше, чем в атмосфере.

Существующие в настоящее время данные о мировом бюджете У. и времени его существования представлены в таблице.

Резервуары У.		Время существования, годы
Атмосфера
Оксид У.(IV)
Метан	6,24
Оксид У.(II)	0,23
Остальные газы
Всего:	657,87
Биосфера
Растения
Другие живые и умершие организмы	1200
Всего:	2027
Океан
Растения	17,4	0,07
Частицы нерастворимых органических соединений У.
Растворимые органические соединения У.	1000
	38 400
Всего:	39 447,4
Литосфера
Карбонаты	60,9 · 10 6	342 · 10 6
Органические соединения	12,48 · 10 6

Получение. Алмазы добывают из алмазоносных пород, а также получают искусственным путем при высоких температурах и давлении в присутствии катализатора.

Графит естественного происхождения добывают из графитовых руд, в основном из кристаллических сланцев, после их обогащения. Искусственные графиты (кусковой графит из кокса и антрацита, пирографит) получают при термической обработке сырья: доменный графит всплывает на поверхность расплавленного чугуна при его охлаждении. Скрытокристаллический графит в природе образуется при действии магматических пород на пласты угля; искусственным путем получается при нагревании угля до 2200 °C .

Угли бурые, каменные, антрацит добывают в шах­тах или открытых карьерах.

Древесный уголь получают из древесины различных пород при нагревании без доступа воздуха. Сажа образуется при неполном сгорании или термическом разложении углеводородов.

Технический уголь - газовую сажу (канальную, печную или термическую) - получают при неполном сгорании природного газа, масла или их смеси в специальных печах. Обычная сажа образуется в дымоходах промышленных и бытовых отопительных установок, содержится в отработанных газах дизельных двигателей.

Кокс - искусственное твердое топливо - получают при нагревании природных топлив до 950–1050 ° C без доступа воздуха. Электродный пековый кокс получают из высокоплавкого каменноугольного пека, нефтяной кокс - из жидких нефтяных остатков, а также при крекинге и пиролизе продуктов перегонки нефти.

Активный уголь получают при удалении из угля-сырца смолистых веществ.

Применение. Алмазы применяют в металлообрабатывающей промышленности для сверления, резки, огранки и шлифовки особо твердых материалов; при бурении горных пород, для изготовления деталей приборов и инструментов, фильтров и абразивных материалов; в ювелирном деле.

Графит применяют в производстве огнеупорных материалов и электротехнических изделий; в химическом машиностроении в качестве конструкционных материалов; как компонент смазочных и антифрикционных составов; для производства карандашей и красок; для предупреждения образования накипи на стенках котлов. Искусственный кусковой графит и пиро­графит применяют в производстве сопел ракетных двигателей, камер сгорания, носовых конусов и некоторых деталей ракет; блоки из особо чистого искусственного графита используют в ядерной технике как замедлители нейтронов.

Уголь используют как топливо, в черной и цветной металлургии (в производстве алюминия, при рафинировании меди и др.), в производстве сероуглерода, активного угля, электроугольных изделий, для получения жидких каменноугольных продуктов и, путем подземной газификации, газообразного топлива.

Сажа применяется в различных отраслях резиновой, полиграфической и лакокрасочной промышленности, а также в производстве пластмасс; в качестве основного черного пигмента - для печатных и малярных красок; в электротехнической промышленности - в небольших масштабах для стабилизации полимеров (полиэтилена) и др.; используется при изготовлении линолеума, клеенки, кирзы, галантерейных материалов, копировальной бумаги и др.; входит в некоторые полировочные составы; как теплоизоляционный материал; в дорожном строительстве - добавка к бетону; в металлургии.

Кокс каменноугольный применяется в доменном процессе для выплавки чугуна, в литейном производстве, цветной металлургии, в химической промышленности; электродный пековый и нефтяной коксы - для производства электродов.

Активный уголь применяется в адсорбционной технике, для разделения газовых смесей, как основа для каталитических и хемосорбционных добавок, в медицине.

Антропогенные источники поступления в окру­жающую среду. У. - широко распространенная дисперсная фаза в атмосферных аэрозолях, представленная в различном физическом и химическом виде. Различают тотальный У., объединяющий все С-содер­жащие материалы, элементный У. - его частицы попадают в атмосферу в виде сажи, образующейся при неполном сгорании топлива в промышленных и бытовых установках и дизельных двигателях; кроме этого, выделяют и вторичный У. - его органические соединения, образующиеся в результате атмосферных реакций (Nova­kov). Длительность существования частиц элементного У. в атмосфере определяется их размером и концентрацией, эффективностью механизмов очистки промышленных выбросов, а также зависит от метеорологических условий: менее 40 ч в дождливом климате и до 1 недели и более в засушливых районах. При увеличении длительности пребывания частиц в атмосфере или высокой их концентрации происходит агрегация частиц, а значит, и увеличение их размеров. Частицы элементного У. в зависимости от источника могут быть покрыты оболочкой, опреде­ляю­щей их гидрофильность. Попадая в облака, эти частицы становятся ядрами конденсации. Химические реакции оболочки частиц могут приводить к образованию нелетучих веществ из газообразных продуктов, например сульфатов из SO 2 (Orgen, Charlson). Абсорбция частиц У. аэрозолями снижает прозрачность атмосферы, что уменьшает количество солнечных дней и влияет на региональный климат. Частицы угля активно поглощают солнечное излучение, что может привести к тепловому эффекту: уменьшение альбедо облаков на 3 %, может вызвать нагревание поверхности Земли на 1 К (Chylek et al.).

Сажа в составе отработанных газов автотранспорта составляет для карбюраторных двигателей 0–0,04 г/м 3 , для дизельных - 0,01–1,0 г/м 3 (Бериня, Лапиня). Выхлопы дизельных двигателей, особенно тяжелых грузовиков, состоящие в основном из частиц У., дают примерно половину всего количества углеродных частиц, попадающих в атмосферу крупных городов. Средний диаметр частиц У. в городской саже менее 0,15 мкм, концентрация в среднем 2,4 мкг/м 3 , но в зимнее время, особенно при смоге, может достигать 20 мкг/м 3 (Heintzenberg, Winkler). Распределение частиц У. изменяется в зависимости от их размера и уровня отбора проб. На улицах с высотными зданиями максимальная концентрация была найдена на уровне 1,5 м, минимальная - на уровне 48 м и составляла 20 мкг/м 3 для частиц диаметром 0,8 мкм и 4 мкг/м 3 для частиц диаметром 3,2 мкм (Puxbaum, Baumann). В Арктике на высоте 1 км найдена концентрация частиц угля - 1,75 мкг/м 3 , более высокая чем на уровне земли (0,5 мкг/м 3).

Частицы У. в составе аэрозолей распространяются очень далеко от индустриальных центров: непосредственно над источниками горения концентрация У. составляет 100–400 мкг/м 3 , над крупными городами 2,4–15,9 мкг/м 3 , над сельскими районами 0,5– 0,8 мкг/м 3 , над отдаленными континентальными районами 0,2 мкг/м 3 , над океаном вблизи континентов 0,1–0,68 мкг/м 3 , вдали от них 0,01–0,16 мкг/м 3 ; при этом концентрация в зоне, пограничной с водой, составляет 4–30 нг/м 3 , в верхних слоях тропосферы 4–15 нг/м 3 , стратосфере 0–10 нг/м 3 (Clarke et al.; Andreae et al.). При открытых разработках угля, подземной его газификации, получении угольного концентрата, сжигании угля на ТЭС в атмосферу выбрасываются, помимо частиц У., сернистые соединения, СО, СО 2 , соединения хлора, брома, в составе летучих фракций золы - Cd, Ni, Pb, Zn, Se, радиоактивные соединения,
а также полициклические ароматические углеводороды.
С газоаэрозольными выбросами атомных электростанций в атмосферу попадают (6–15) · 10 9 Бк/сут . в виде 14 СО 2 (Рублевский).

Токсическое действие. Общий характер и роль разных видов углерода. Высокое содержание частиц У. в атмосферных аэрозолях ведет к повышению заболеваемости населения; особенно часто отмечаются заболевания ВДП и легких. Профессиональная заболеваемость представлена в основном антракозом и пыле­вым бронхитом; уровень содержания в угольной пыли SiO 2 влияет на долю заболеваемости антракозом и на прогрессирование его течения (Hurley et al.). Вместе с тем показано ведущее значение для развития профессиональной пылевой патологии шахтеров-угольщиков общей массы респирабельной пыли, в которой мелкодисперсные частицы составляют 5–13 %, а основная часть имеет размеры более 10 мкм. Наиболее агрессивны частицы угольной пыли размером менее 5–7 мкм, способные глубоко проникать и задерживаться в боль­шем количестве в легочной ткани. Существенное значение имеет продолжительность воздействия пыли: более длительное при меньшей концентрации оказывает более выраженный эффект, чем менее длительное, но более интенсивное воздействие.

Установлена ведущая роль зольности углей в развитии пылевой патологии, в связи с чем все угольные пыли делятся на две категории: малозольные (с содержанием золы до 20 %) и высокозольные, среди которых наиболее агрессивен антрацит (Борисенкова и др.; Быховская и др.). Антракозоопасность угольной пыли связана с фиброгенным действием основных петрографических компонентов угля, а также с образованием при окислении угля фенольных и карбоксильных групп, свободных радикалов и пероксидных соединений. Биологическая агрессивность У. связана также с содержащимися на его поверхности соединениями азота (Величковский
и др.; Кухаренко, Динкелис).

Вредное воздействие угольной пыли растет с увеличением стадии метаморфизма углей и наиболее высоко при добыче антрацита; коксующийся и жирный уголь, особенно некоксующийся уголь, менее опасны (Балычев). Так, по данным K . Sz u mczykiwicz, фиброгенное действие антрацита примерно соответствует фиброгенному действию пыли битуминозного угля, содержащего 30 % свободного SiO 2 . Пусковым механизмом патологического процесса при антракозе является окисление органической массы углей под воздействием жидких сред организма с последующим образованием растворимых продуктов окислительно-гидролитического распада. С повышением степени углефикации увеличивается распространенность пнев ­мо­кониоза у шахтеров-угольщиков (Динкелис и др.; Bennet et al.). Антракозоопасность, связанная с интенсивным образованием многоосновных карбоновых кислот и малым - гуминовых, увеличивается при использовании для гидрорасчленения угольных пластов воды и 4% соляной кислоты и уменьшается при применении 2% соляной кислоты (Кухаренко и др.; Сарасембаев и др.).

Под влиянием угольной пыли нарушаются защитные механизмы воздухоносных путей в легких, мукоцилиарный клиренс, секреция бокаловидных клеток, желез, что связывают как с уровнем пылевой нагрузки, так и с цитотоксичностью пыли; развивается поражение эпителия бронхов, его десквамация (Лавренева и др.). Последнее, а также обтурация бронхов, особенно крупными частицами пыли, ведет к хроническому бронхиту, эмфиземе. Мелкие частицы пыли элиминируются лимфо- и бронхогенным путем, крупные - только бронхогенным. Одной из причин развития фиброза легких при антракозе является нарушение взаимодействия между системой биоанти–оксидантов и свободными радикалами. В патогенезе существенную роль играет и нарушение липидного обмена - повышение содержания свободных фосфолипидов (Белобрагина, Ельничных). R . Seal et al. связывают развитие массивного фиброза легких с обратным (вторичным) поступлением угольной пыли, локализованной в лимфатических узлах, в легочную ткань, бронхиолы и сосуды.

Показана мутагенность черной сажи (Zhu Naikai et al .). Канцерогенная опасность воздействия соединений У. связана с наличием в саже бензо[ a ]пирена.

Животные . Большая часть пыли (~65 %) задерживается в правом легком. Длительное вдыхание или введение в трахею крысам угольной пыли, пыли активного угля или костеугольной пыли вызывает скопление пылевых клеток в легких, развитие бронхита, перибронхита, а затем диффузного и узелкового фиброза легких; развиваются также поражения почек, печени, миокарда, повышается чувствительность к бактериальной инфекции (Филиппов и др.; Паустовская и др.; Mumford, Lewitas). 4-месячная ингаляция по 4 ч в день 800–1000 мг/м 3 угольной пыли, содержащей 3 % свободного и 47 % связанного SiO 2 , приводит к накоплению в организме крыс биогенных аминов - увеличению содержания гистамина и серотонина в легких и в крови и серотонина в печени (Талакин и др.). В условиях хронического ингаляционного эксперимента фиброгенный эффект коксующихся углей выражен в большей степени, чем энергетический (Гвоздева). В/б введение суспензии угольной пыли мышам вызвало угнетение иммунных реакций. Интратрахеальное введение крысам графита вызывает диффузный и узелковый фиброз легких. Пыль природных и синтетических алмазов обладает слабыми фиброгенными свойствами и вызывает маловыраженный пневмокониоз, в основном диффузно-склеро­ти­ческой формы с поздним образованием клеточно-пылевых очажков, более выраженных при воздействии пыли синтетических алмазов. Интратрахеальное введение крысам сажи приводит к нерезко выраженным пневмокониотическим изменениям. Длительное вдыхание сажевой пыли ведет к поражению зубов и слизистой полости рта мышей - гиперкератозу, атрофии, а сажа, образующаяся при сгорании сланцевого мазута и сланцевого твердого топлива, может вызвать развитие злокачественных новообразований, причем канцерогенный эффект увеличивается с умень­шением дисперсности частиц. Злокачественные опухоли развиваются и при н/к нанесении мышам сажи, образующейся при электрокрекинге природного газа.

Специальному исследованию была подвергнута пыль малозольных бурых углей двух разрабатываемых месторождений (Луценко и др.). Угли близки по стадии углефикации, петрографическому составу и различаются содержанием некоторых компонентов органической и минеральной части. Крысы-самки подвергались воздействию пыли в концентрации 374–384 мг/м 3 ежедневно по 4 ч 5 раз в неделю в течение 4 месяцев. Хотя пыль содержала малое количество SiO 2 , выявлены активная реакция органов дыхания по типу префиброза и раздражающего действия, изменение неспецифических показателей иммунной защиты и неблагоприятное действие на надпочечники и сердце. Токсикологическое различие между пылью из двух разных месторождений было минимальным.

Активный уголь сравнивали с новым углеродным сорбентом Микросорб-П (Вавилов и др.). Установлено, что при лучших сорбционных свойствах новый сорбент практически не токсичен (впрочем, как и активный уголь). При в/ж введении мышам и крысам максимально возможных доз 1000–1500 мг/кг или при 10-дневном в/ж введении крысам и собакам и последующем 3-ме­сячном наблюдении ни по одному из изученных показателей отклонений не обнаружено.

Человек . Профессиональные заболевания возможны при работе в угольных шахтах и графитных рудниках (группа особого риска - бурильщики), при открытой добыче угля, у грузчиков угля и на углеобогатительных фабриках, при производстве графитных изделий, кокса, в сахарорафинадном производстве при применении костеугольной крупки и активного угля, при производстве и применении сажи. Большинство шахтеров с длительным стажем работы в угольных шахтах страдают хроническим пылевым бронхитом (Валуцина, Кива); при продолжении работы последний может привести к формированию пневмофиброза. Развитию фиброза способствует как охлаждение, так и нагревающий микроклимат, действие взрывных газов, соединений серы и других элементов, входящих в состав угля (Гвоздева). Однако антракоз возникает не более чем у 20–30 % шахтеров и обычно после 10–20 лет работы в шахте. Наблюдают, правда, и ранний антракоз с прогрессирующим течением при 4–6-летнем стаже, а также поздний, развивающийся через 18–20 лет после прекращения работы в шахте (Любомудров). Крутое залегание угольных пластов и высокая степень углефикации, высокие температура и влажность в шахте способствуют более раннему и выраженному проявлению антракоза. Повышенное содержание в угле меди, железа, никеля, свинца и цинка способствует учащению заболевания шахтеров. Антракоз чаще развивается и тяжелее протекает у работающих в очистных забоях угольных шахт, а также у начавших работать в шахтах в возрасте до 20 или свыше 40 лет (Каганович, Кузнецова; Любомудров). Курение и потребление алкоголя ускоряют развитие антракоза.

Различают антракоз интерстициального, мелкоузелкового и узелкового типов. Первый встречается в основном у рабочих очистных забоев со стажем свыше 16 лет, нередко сопровождается бронхитом, астмоидным синдромом с нарушением функции внешнего дыхания, эмфиземой легких, гипертрофией правого желудочка сердца. Второй тип встречается у рабочих очистных забоев и у проходчиков и чаще осложняется бронхитом и туберкулезом. Антракоз узелкового типа близок к силикозу, развивается при стаже 10–14 лет, преимущественно у проходчиков. Ранние симптомы антракоза - утомляемость, кашель, потливость, раздражительность, головные боли, одышка, в дальнейшем - цианоз губ, хронический бронхит, эмфизема, нарушение бронхиальной проходимости и функ­ции внешнего дыхания. Частота эмфиземы увеличивается с возрастом, причем в большей степени у курящих, с прогрессированием пневмокониотического про­цесса.

Хронический пылевой бронхит и пневмокониоз рассматривают как различные формы единой кониотической болезни. Уже через 5–10 лет работы выявляются нарушения лимфообращения в легких. Легкие при антракозе равномерно окрашены в черный цвет. При стаже до 13 лет запыленность во всех отделах легких примерно одинакова, после 13 лет наибольшее количество пыли сосредоточивается в верхней и сред­ней долях правого легкого. Запыленность легких при одном и том же стаже увеличивается с возрастом (Einbrodt). В раннем периоде антракоза наблюдается огрубление аргирофильных структур легкого, интенсивная фагоцитарная реакция, нарушение эластичности сосудов, затем - рассеянный мелкоочаговый фиброз, появление отдельных узелков и узлов, а также массивной, прежде всего центролобулярной, эмфиземы с накоплением пыли по стенкам расширенных бронхиол - «черное дырчатое легкое» (Mülleri, Werth). В тяжелых случаях происходит распад послед­них с образованием каверн - полостей, заполненных углем, - «черная чахотка» угольщиков; может развиться спонтанный пневмоторакс. При пре­кра­щении работы на ранних стадиях антракоза обычно происходит обратное развитие пылевых очагов в легких.

Наиболее частое осложнение антракоза - туберкулез. Заболевание антракозом предрасполагает к раз­витию злокачественных новообразований в легких и других органах (Dechoux, Pivateau). Опухолевидные увеличения лимфатических узлов средостения (антракомы, антракосиликомы) встречаются и при небольшой степени пневмокониоза; они могут быть причиной ошибочного диагноза опухоли легкого. Как осложнения кониотической болезни легких наблюдаются поражение миокарда, гипотония, нарушение периферического кровообращения и повышение коагуляционной активности крови; отмечались также ухудшение функции печени, почек, желудка, нарушение андрогенной и глю­кокортикоидной функции коры надпочечников и метаболизма биогенных аминов, снижение иммунобиологической реактивности; известны случаи бронхиальной астмы, ревматоидного полиартрита, патологии ЛОР-органов (Гриднева и др.; Любомудров; Гвоздева; Heise et al.). Нарушение белкового и жирового обменов и повышение свертываемости крови наблюдаются не только у больных антракозом, но и у лиц, подозреваемых в таком заболевании, а также у клинически здоровых шахтеров, занятых на подземных работах. Эти изменения могут рассматриваться как прогностический признак развития антракоза, а одновременное значительное нарастание активности урокиназы и митохондриальной фракции аспартатаминотрансферазы в сыворотке крови - как ранний показатель поражения печени при антракосиликозе (Алтынбеков и др.; Пичхадзе). Заболевание хроническим риносинуситом у шахтеров со стажем 10 лет и более иногда предшествует развитию антракоза (Чернов).

В производстве графитовых изделий при стаже работы 10 лет и более нарушение вентиляционной функции легких встречается и у практически здоровых лиц, чаще у курящих. С увеличением стажа изменения углубляются, развивается хронический бронхит, нередко с астматическим синдромом. Описана графитовая форма антракоза: развитие диффузного и узелкового фиброзов легких, эмфиземы, участков некроза, образование каверн с жидкостью, содержащей графит, - при стаже более 15 лет, хотя известны случаи заболевания и после 4–6 лет работы. Кроме того, отмечается более высокая общая заболеваемость женщин, причем особенно часто наблюдаются болезни органов половой сферы, функциональная недостаточность Т-сис­те­мы иммунитета и развитие вторичного иммунодефицита, а у больных пневмокониозом и бронхитом - изменение ряда биологических показателей состояния организма, указывающие на развитие воспалительно-деструктивных процессов в легких: увеличение содержания в крови β- и γ-глобу­ли­нов, сиаловых кислот, β-липопротеидов, холестерина и сахара, общего и прямого билирубина (Архипова и др.; Беззуб и др.; Гладкова и др.). При производстве графитовых изделий на частицах пыли адсорбируются полициклические ароматические углеводороды, содержащие бензо[ a ]пирен, в связи с чем увеличен риск развития предопухолевых заболеваний ВДП (гиперпластический ларингит, ангиофиброма гортани) и злокачественных новообразований (Гладкова; Гладко ­ва и др.; Гурвич; Дымова и др.). При комбинированном воздействии графитовой и малофиброгенной коксовой пыли, а также полициклических ароматических углеводородов происходят нарушение пероксидного окисления липидов и накопление их как у больных бронхитом, так и у практически здоровых рабочих (Безрукавникова, Гладкова).

При производстве сажи и ее применении работающие жалуются на повышенную утомляемость, кашель, одышку, боли в грудной клетке. У них нахо­дили пневмокониозы, отмечали повышенную заболеваемость органов дыхания, пищеварения, сердца, а также половых органов (у женщин) (Oleru et al.). Особо опасен канальный способ производства сажи. Средний стаж работы до начала развития пневмокониоза 16 лет, минимальный - 5 лет. Описан случай «черной чахотки» с образованием каверн после 12 лет работы, связанной с просеиванем сажи (Герасимов, Шаталова). У рабочих коксовых заводов со стажем 2–6 лет могут развиваться хронические воспалительные заболевания ВДП атрофического типа.

Во всех видах сажи и в промышленных изделиях, в которые ее добавляют в качестве наполнителя, обнаружен бензо[a ]пирен, поэтому сажу рассматривают как возможный этиологический фактор развития злокачественных опухолей ВДП, легких и кожи (Пылев; Barknecht). Описаны ново­обра­зования при воздействии сажи, образу­ющейся при сгорании сланцевого мазута и сланцевого твердого топлива, а также сажи, получаемой при электрокрекинге природного газа и из пека (Шабад и др.). Слабой бластомогенной активностью обладают и экстракты из резин, содержащих сажу. Предполагается, что газовая сажа менее канцерогенна, чем обычная, в силу меньшего содержания в ней полициклических ароматических углеводородов, а также в связи с тем, что они очень прочно связаны с частицами У. и очень медленно элиминируются биологическими жидкостями (Boyland). Описан профессиональный рак кожи при брикетировании угольной мелочи с использованием каменноугольного пека. Мутагенную активность сажи связывают с наличием в ней 1-нит­ро­пирена.

Местное действие угольной пыли, графита, сажи. На глаза: возможны татуировка конъюнктивы, конъюнктивит, раздражение роговицы. На кожу: сухость, гнойничковые заболевания кожи и подкожной клетчатки, дерматиты, эпидермофитии, аллергические дерматозы, микозы, эритразмы, экземы; псориаз чаще встречается у мужчин, чем у женщин. Пигментные пятна на коже рассматриваются иногда как преканцерогенные изменения. Выявлено фотосенсибилизирующее действие пека - описано развитие острого фотодерматита (Гладкова и др.). На слизистые полости рта и носоглотки: гингивит, лейкоплакии; болеют люди с 3–5-летним стажем работы, в основном моложе 40 лет, мужчины гораздо чаще, чем женщины (Соринсон). У трубочистов и рабочих коксохимических производств повышена заболеваемость кариесом и па­ра­донтозом (Карабойчева, Великов).

Хемобиокинетика. Химический анализ легких при антракозе выявил высокий уровень содержания угольной пыли и низкий - оксида кремния. Небольшие количества угольной пыли находили в селезенке, печени, костном мозге, почках. Угольная пыль выводится из легких в течение многих лет после прекращения работы.

Гигиенические нормативы. Для У. : ПДКа.в = = 0,15 /0,05 мг/м 3 , резорбтивное действие, класс опасности 3.

Пыли углерода	ПДКр.з, мг/м 3	Класс опасности	Особенности действия на организм
Коксы каменноугольный, пековый, нефтяной, сланцевый; антрацит с содержанием свободного диоксида кремния до 5 %			Фибро­генность
Другие ископаемые угли и углепородные пыли с содержанием свободного диоксида кремния:
до 5 %	10,0
от 5 до 10 %
Алмазы природные и искусственные
Алмазы металлизированные
Сажи черные промыш­ленные с содержанием бензо[a ]­пирена не более 35 мг/кг			Фибро­генность и канцеро­генность
Углеродные волокнистые материалы на основе:	4,0/2,0		Требуется специальная защита кожи и глаз
гидратцеллюлозных волокон
полиакрилонитриль­ных волокон (по акрилонитрилу)
Примечания: 1. Дисперсное состояние - аэрозоль. 2. Для угле­родных волокнистых материалов на основе гидратцеллюлозных волокон ОБУВа.в = 0,05 мг/м 3 .

Для углеродных композиционных материалов : ПДКм.р = 3 мг/м 3 , ПДКс.с = 1 мг/м 3 , аэрозоль, класс опасности 1.

Для оксида-сульфида У. : ПДКр.з = 10 мг/м 3 , пары и/или газы, класс опасности 2. ОБУВа.в = 0,1 мг/м 3 .

Для угольной золы теплоэлектростанций (на примере углей Канско-Ачинского месторождения) (с содержанием оксида кальция 35–40 %, дисперсностью до 3 мкм и ниже - не менее 97 %): ПДКм.р = 0,05 мг/м 3 , ПДКс.с = 0,02 мг/м 3 , резорбтивное действие, класс опасности 2.

Для дисульфида У. : ПДКв. = 1 мг/л, органолептический ПВ - изменяет запах воды, класс опасности 4.

Для углеродного волокна высокомодульного : ПДКв.рыб = 0,01 мг/л, токсикологический ПВ, класс опасности 3.

Зарубежные нормативы. Для У. (сажи) TWA = = 3,5 мг/м 3 , для тетрабромметана - 1,4 мг/м 3 (STEL = 4 мг/м 3), для тетрахлорметана - 31 мг/м 3 , для дисульфида У. - 31 мг/м 3 (действие на кожу).

Меры профилактики. Для снижения запыленности воздуха на шахтах и рудниках необходимо применение комплекса противопылевых мероприятий на всех этапах добычи ископаемого.

При перфораторном бурении эффективным способом борьбы с пылью является применение промывки шпуров водой. Этот способ пылеподавления является обязательным в России для всех подземных горных выработок. Эффективность пылеподавления при бурении с промывкой возрастает при применении смачивателей или смачивающих добавок (ПАВ). Бурение шпуров и скважин с промывкой в сочетании с оптимальным проветриванием обеспечивает снижение содержания пыли в рудничном воздухе до допустимых концентраций. Там, где горно-геологические и климатические условия не позволяют применять воду для борьбы с пылью (низкая отрицательная температура воздуха и горных пород, возможность выщелачивания полезных ископаемых, недостаток воды и т. п.), рекомендуется применять сухое пылеулавливание. В России разработана и испытана групповая схема сухого пылеулавливания, заключающаяся в том, что буровая мелочь и пыль отсасываются вакуумным насосом от забоя шпура сразу от нескольких перфораторов и транспортируются по трубопроводу в отработанную тупиковую горную выработку (коллектор), перекрытую высокогерметичной перемычкой. Выработка служит пылеосадочной камерой, в которой осаждаются крупные и мелкие частицы пыли. Мельчайшие неосевшие пылинки улавливаются специальным фильтром, установленным перед вакуумным насосом. Очищенный воздух поступает в рудничную атмо­сферу.

При взрывных работах с целью борьбы с пылью применяется гидрозабойка шпуров. Этот метод борьбы с пылью оказался эффективным и при проведении взрывных работ в условиях отрицательных температур в шахтах Севера и Северо-Востока России. Для подавления газопылевого облака после взрыва производят его орошение.

При погрузочно-разгрузочных работах и транспортных операциях в рудниках простым и эффективным средством борьбы с пылью также является орошение с увлажнением всех источников пылеобра­зования с помощью стационарных и переносных оросителей различных конструкций. Устойчивое сни­же­ние пыли в забоях достигается сочетанием орошения с оптимальным проветриванием вырабо­ток.

При открытом способе добычи угля и руды мероприятия по борьбе с пылью проводятся в нескольких направлениях: применение средств предупреждения пылеобразования (сухое пылеулавливание, мокрое бурение, орошение, покрытие подъездных автодорог бетонными или железобетонными плитами, увлажнение дорог водой или солевыми растворами, обработка гранулированным хлоридом кальция, водно-асфаль­товой эмульсией, сульфатом магния и другими реагентами) и удаление пыли путем естественного или искусственного проветривания.

Кабины горных машин и механизмов, а также транспортных средств должны быть надежно защищены от пыли и иметь вентиляционные устройства, оборудованные воздухоочистительными установками. В от­дельных случаях необходимо использовать индиви­дуальные средства защиты (респираторы).

Для предупреждения пылевой патологии у алмазообработчиков наряду с общей вентиляцией необходимо на рабочих местах предусмотреть местные укрытия с механическим удалением пыли из рабочей зоны.

Меры медицинской профилактики сводятся к проведению предварительных (при поступлении на работу) и периодических медицинских осмотров согласно действующему законодательству.

На производствах, где получают У., с учетом выделяющихся вредных веществ должно быть исключено взаимное влияние следующих производственных участков: отделений улавливания, обработки, упаковки готовой продукции, складирования; участков для очистки и ремонта оборотных резиново-кордных контейнеров; участков демонтажа и монтажа рукавов для отделения улавливания. На вновь строящихся и ре­конструируемых заводах необходимо применять мокрый способ грануляции. Воздуховоды, каналы газоотсосов, борова и очистные устройства должны быть оборудованы устройствами для периодической механизированной очистки, удаления пыли и шлама.
Упаковочные машины должны быть оборудованы местной вытяжной вентиляцией сблокированнойс авто­ма­ти­ческим контролем разрежения.

Все работающие на предприятии должны проходить вводный и систематический производственный инструктаж со сдачей зачета по технике безопасности и мерам личной гигиены при работе с токсическими веществами и должны быть ознакомлены с основами гигиены труда и профпатологии применительно к кон­кретному производству.

См.: «Энциклопедию по безопасности и гигиене труда» (М.: Профиздат, 1986. Т. 1); (Водород, литий, рубидий, бериллий и их соединения); (Бораты); «Правила безопасности в нефтяной и газовой промышленности» (РД 08-200–98. М., Госгортехнадзор, 1998); «Санитарные правила для нефтяной промышленности» (№ 4156–86. М., 1986); «Вопросы гигиены труда в нефтяной и нефтеперерабатывающей промышленности» (Алма-Ата, 1986); «Гигиенические требования к предприятиям угольной промышленности и орга­низация работ» (СанПиН 2.2.3.570–96), а также у Б.Е. Алтын­бекова и др., Б.В. Ананьева и др., Г.Е. Па ­но­ва и др., Г.А. Шехтмата и др.

Индивидуальная защита. Рабочие должны быть обеспечены средствами индивидуальной защиты органов дыхания, глаз, кожных покровов от воздействия пыли. Для защиты органов дыхания рекомендуется использовать респираторы типа «Лепесток», Ф-62ш, У-2К, «Астра-2» (наиболее удобен), РУ-60, ПРШ-2. Спецодежда из плотной ткани, непромокаемая обувь, защитные очки типа «Прогресс-2», СЗЗ-ТР и СЗЗ-БЦ
и др. Защитные каски.

Литература

Алтынбеков Б.Е. и др. // Гигиена труда и профзаболевания. 1985. № 9. С. 47–48.

Алтынбеков Б.Е. и др. // Руководство по гигиене труда / Под ред. Н.Ф. Измерова. М.: Медицина, 1987. Т. 2. С. 38–69.

Ананьев Б.В. и др. // Там же. С. 396–406.

Архипова О.Г. и др. // Гигиена труда и профзаболевания. 1988. № 9. С. 24–27.

Балычев Ю.В. // Гигиена труда и профзаболевания. 1982. № 1. С. 48–50.

Беззуб С.Л. и др. // Гигиена труда и профзаболевания. 1988. № 9. С. 27–28.

Безрукавникова Л.М., Гладкова Е.В. // Гигиена и санитария. 1987. № 4. С. 33–36.

Белобрагина Е.В., Ельничных Л.Н. // Гигиена труда и профзаболевания. 1978. № 4. С. 31–34.

Бериня Д.Ж., Лапиня И.М. // Загрязнение природных сред выбросами автотранспорта. Рига, 1980. С. 7–15.

Борисенкова Р.В. и др. // Гигиена и санитария. 1983. № 5. С. 13–16.

Быховская И.А. и др. // Гигиена труда и профзаболевания. 1978. № 10. С. 34–39.

Вавилов М.П. и др. // Токсикол. вестник. 1998. № 5. С. 6–9.

Валуцина В.М., Кива А.И. // Гигиена труда и профзаболевания. 1990. № 5. С. 4–7.

Величковский Б.Т. и др. // Борьба с силикозом. М.: Медицина, 1982. Вып. 11. С. 106–114.

Гвоздева Л.Л. // Гигиена труда и профзаболевания. 1985. № 7. С. 12–16; 1991. № 1. С. 14–16.

Герасимов В.Н., Шаталова Н.А. // Гигиена труда и профзаболевания. 1967. № 7. С. 56–58.

Гладкова Е.В. // Вопросы онкологии. 1990. Т. 36, № 4. С. 415–420.

Гладкова Е.В. и др. // Гигиена труда и профзаболевания. 1988. № 8. С. 21–24.

Гриднева Н.В. и др . // Гигиена труда и профзаболевания. 1982. № 4. С. 19–22.

Гурвич Е.Б . // Гигиена труда и профзаболевания. 1988. № 7. С. 16–18.

Динкелис С.С. и др. // Здравоохранение Казахстана. 1981. № 3. С. 44–47.

Дымова Е.Г. и др. // Гигиена труда и профзаболевания. 1988. № 7. С. 19–21.

Каганович Д.И., Кузнецова В.А. Гигиена. Новосибирск, 1968. С. 140–148.

Карабойчева П., Великов Б. // Стамотология (Болгария). 1984. № 4. С. 18–23.

Кухаренко Т.А., Динкелис С.С. // Уголь. 1982. № 8. С. 47–49.

Кухаренко Т.А. и др. // Борьба с силикозом. М., 1982. Вып. 11. С. 145–150.

Кухаренко Т.А. и др. // Журн. гигиены, эпидемиол.,микробиол. и иммунол. 1988. Т. 32, № 3. С. 257–265.

Лавренева Г.В. и др. // Вестник отоларингол. 1988. № 3. С. 67–68.

Луценко Л.А. и др. // Гигиена труда и профзаболевания. 1990. № 11. С. 23–28.

Любомудров В.Е. Заболевания легких у шахтеров-угольщиков. Киев, 1965. С. 219.

Он же // Гигиена труда и профзаболевания. 1969. № 3. С. 20–22.

Панов Г.Е и др . Охрана окружающей среды на предприятиях нефтяной и газовой промышленности. М.: Недра, 1986. 244 с.

Паустовская В.В. и др. // Врачебное дело. 1972. № 1. С. 131–134.

Пичхадзе Г.М . // Гигиена труда и профзаболевания. 1985. № 2. С. 36–39.

Пылев Л.Н. // Гигиена труда и профзаболевания. 1974. № 4. С. 52–53.

Рублевский В.П. // Атомные электростанции. 1983. № 5. С. 226–227.

Сарасембаев М.М. и др. // Борьба с силикозом. М.: Медицина, 1982. № 11. С. 137–140.

Соринсон Н.С. // Мат. по вопр. пром. токсикол. и клиники проф. заболеваний. Горький, 1957. Вып. 8. С. 54–56.

Талакин Ю.С. и др. // Гигиена труда и профзаболевания. 1988. № 12. С. 57–58.

Филиппов В.В. и др. // Гигиена труда и профзаболевания. 1971. № 10. С. 58–60.

Чернов А.Д . // Гигиена труда и профзаболевания. 1979. № 1. С. 15–18.

Шабад Л.М. и др. // Гигиена труда и профзаболевания. 1972. № 1. С. 9–12.

Шехтмат Г.А. и др . Гигиена труда в нефтяной промышленности. М .: Медицина , 1979.

Andreae M.O. et al. // The Sci. of Tot. Environ. 1984. V. 36. P. 79–80.

Barknecht Th.S. // Progr. Energy. Combust. Sci. 1983. V. 9, N 3. P. 199–237.

Bennet J.G. et al. // Brit. J. Ind. Med. 1979. V. 36, N 3. P. 206–210.

Boyland E. // Soot Combustion Systems and its Toxic Properties. Proceedings of a NATO Workshop. N. Y.; L, 1983. P. 13–22.

Chylek R. et al. // The Sci. of the Tot. Environ. 1984. V. 36. P. 117–120.

Clarke A.D. et al. // The Sci. of the Tot. Environ. 1984. V. 36. P. 97–102.

Dechoux J., Pivateau C . // Arch. Mal. Profes. 1979. V. 40, N 1–2. P. 25–41.

Einbrodt H . // Staub-Reinhaltung Luft. 1976. Bd. 36, N 3. S. 122–126.

Heintzenberg J., Winkler P. // The Sci. of the Tot.
Environ. 1984. V. 36. P. 27–38.

Heise E.R. et al. // Amer. Rev. Respirat. Dis. 1979. V. 119, N 6. P. 903–908.

Hurley J.F. et al . // Brit. J. Ind. Med. 1982. V. 39, N 2. P. 120–127.

Jacobson M. // Chest. 1980. V. 78, N 2 (Suppl.). P. 408–410.

Medalia A. et al. // The Sci. of Tot. Environ. 1983. V. 31, N 1. P. 1–22.

Mülleri K.-M., Werth G. // Prax. une Klin. Pneumol. 1978. Bd. 32, N 4. S. 231–237.

Mumford J., Lewitas J. // Toxicol. Lett. 1983. V. 18. (Suppl. 1). P. 132–134.

Novakov T. // The Sci. of the Tot. Environ. 1984. V. 36. P. 1–10.

Orgen J.A., Charlson R.J. // Tellus. 1983. V. 35B. P. 241–254.

Oleru U.G. et al. // Environ. Res. 1983. V. 30, N 1. P. 161–168.

Puxbaum H., Baumann H. // The Sci. of the Tot.
Environ. 1984. V. 36. P. 47–52.

Rivin D., Medalia A. // Soot Combustion Systems and its Toxic Properties. Proceedings of a NATO Workshop. N. Y.; L., 1983. P. 25–34.

Seal R. et al. // Thorax. 1986. V. 41, N 7. P. 531–537.

Szumczykiwicz K. // Med. Pr. 1983. V. 34, N 1. P. 21–34.

Trijonis J. // The Sci. of the Tot. Environ. 1984. V. 36. P. 131–140.

Zehnder A.J. // The Handbook of Environ. Chemistry. Berlin: Springer, 1982. V. 1. Part B. P. 83–110.

Zhu Naikai et al. // Environ. Chem. (кит .) 1990. V. 9, N 3. P. 51–54.

НАТРИЯ И КАЛИЯ ЦИАНИДЫ

Физико-химические свойства. Слабо пахнут горьким миндалем. На воздухе в присутствии влаги выделяют HCN вследствие вытеснения ее СО 2 . Растворы имеют щелочную реакцию.

Литература

Горбунова Л.А. и др. // Медицина труда. 1997. № 12. С. 42–43.

Квасенко О.Я. // Фармакол. и токсикол. 1962. № 6. С. 742–749.

Колпаков Ф.И., Прохоренков В.И . // Вестник дерматологии и венерологии. 1978. № 7. С. 76–79.

Метод спектрофотометрического измерения концентрации цианида калия в смывах с кожных покровов: Метод. указания. М.: Федеральный центр Госсанэпиднадзора Минздрава России, 2000. 11 с.

Методические указания по контролю содержания вредных веществ на кожных покровах и спецодежде. М.: Рарогъ, 1992. Вып. 1. С. 82–83.

Прохоренков В.И., Колпаков Ф.И. // Гигиена труда и профзаболевания. 1978. № 12. С. 44–45.

Стыврин Л.А. и др. // Фармакол. и токсикол. аспекты применения лекарственных веществ в животноводстве. М.: Московская ветеринарная академия, 1992. С. 140–142.

Ballantyne B. // J . Forens . Sci . Coc . 1975. V. 15, N 11. P. 51–56.

Baud F.J. et al. // J. Toxicol.: Clin. Toxicol. 2001. V. 39, N 3. P. 244.

Bright J., Marrs J. // Hum. Toxicol. 1988. V. 7. P. 183–186.

Cassel G. et al. // Acta Neurol. Scand. 1985. V. 72, N 2. P. 804.

Cermele G. et al. // Acta Anaesthesiol. Ital. 1991. V. 42, N 3. P. 385–391.

CICAD 61. Hydrogen Cyanide and Cyanides: Human Health Aspects. Geneva: WHO, 2004. 68 p.

Doherty P. et al. // Toxicol. a. Appl. Pharmacol. 1982. V. 64, N 3. P. 456–464.

Dunn W.A., Siek T.J. // J. Anal. Toxicol. 1990. V. 14, N 4. P. 256.

Egekeze J., Oeheme F. // Toxicol. Lett. 1979. V. 3, N 4. P. 243–247.

El-Ghawabi S. et al. // Brit. J. Ind. Med. 1976. V. 32, N 3. P. 215–219.

Ganjeloo A. et al. // Toxicol. a. Appl. Pharmacol. 1980. V. 55, N 1. P. 103–107.

Iwasoyo J.O., Iramain C.A. // Toxicol. Lett. 1980. V. 6. P. 1–3.

Janiszewska M., Kostanecki W. // Prz. Dermatol. 1970. V. 57, N. 6. S. 755–757.

Jaroschka R., Kreepp R. // Arch. Gewerbepathol. 1966. Bd. 22, N 3. S. 202–207.

Leuschner J. et al. // Toxicol. Lett. 1991. V. 57, N 2. P. 195–201.

Okoh P. // Toxicol. a. Appl. Pharmacol. 1983. V. 70, N 2. P. 335–339.

Okuno Y. et al. // Bull. Environ. Contam. a. Toxicol. 1979. V. 22, N 3. P. 386–390.

Peterson J., Cohen St. // Toxicol. a. Appl. Pharmacol. 1985. V. 81, N 2. P. 265–273.

Sax N.I. (Ed.) Dangerous Properties of Industrial Matеrials. N. Y.: Van Nostrand Reinhold Co, 1984.

Smith A. et al. // Nature. 1963. V. 200, N 4902. P. 179–181.

Sousa A.B. et al. // Toxicology. 2002. V. 174, N 2. P. 87–95.

Steven J. et al. // Toxicol. a. Appl. Pharmacol. 1986. V. 82, N 1. P. 40–44.

Tomoda A., Hashimoto K. // J. Hazardous Mater. 1991 . V . 28, N 3. P . 241–249.

ЦИАНАТЫ НАТРИЯ И КАЛИЯ

Физико-химические свойства. Во влажном воздухе NaOCN и KOCN гидролизуются с образованием карбонатов калия или натрия и аммиака. С минеральными кислотами дают циановую кислоту, с мочевиной образуют биурет.

Литература

Саратиков А.С. и др. // Гигиена и санитария. 1990. № 8. С . 30–31.

Alter B. et al. // Blood . 1974. V . 43. P . 69–77.

Cerami A. et al. // J . Pharmacol . Exp . Ther . 1973. V . 185 , N 3. P. 653–666.

Gellez J. et al. // Acta Neuropathol. 1979. V. 47, N 1. P. 75–79.

Haut M. et al. // J. Lab. Clin. Med. 1975. V. 85, N 1. P. 140–150.

Kern H. et al. // J. Pharmacol. Epx. Ther. 1977. V. 200, N 1. P. 10–16.

Leong H.K. et al . // J. Pharmacol. Exp. Ther. 1974. V. 191, N 1. P. 60–67.

Nicholson D. et al. // Arch. Ophthalmol. 1976. V. 94, N 6. P. 927–930.

Sax N.I. (Ed.) Dangerous Properties of Industrial Matеrials. N. Y.: Van Nostrand Reinhold Co, 1984. P. 2273.

Smith A. // Proc. Soc. Exp. Biol. Med. 1973. V. 142, N 3. P . 1041–1044.

ТИОЦИАНАТЫ

Физико-химические свойства. Бесцветные кристаллы. Из-за примеси железа часто имеют слабую розовую окраску. При сплавлении со щелочами образуются цианиды.

Литература

Гринь Н.В. и др . // Гигиена и санитария. 1987. № 8. С. 75–76.

Иванов А.Г. и др. // Фармакология и токсикология новых продуктов химического синтеза. Минск, 1975. С. 167–169.

Иванова Л.А. и др. // Гигиена труда и профзаболевания. 1988. № 10. С. 52–53.

Костовецкий Я.М. и др. Промышленные загрязнения водоемов. М.: Медицина, 1967. Т. 8. С. 170–185.

Савченко М.В. // Гигиена и санитария. 1987. № 11. С. 29–32.

Below H . et al . // Pharmazie . 1990. V. 45, N 6. P. 416–419.

David A., Miketukova V. // Arch . Toxicol. 1967. V. 23, N 1. P. 68–72.

Pechacek T. et al. // JAMA. 1985. V. 254, N 20. P. 3330–3332.

Robertson A. et al. // Brit. J. Ind. Med. 1987. V. 44, N 5. P. 351–354.

Техническим углеродом или сажей называется порошкообразный продукт неполного сгорания или термического разложения органических веществ, состоящий в основном из углерода.

В результате исследований сажи под электронным микроскопом ус "тановлено, что она состоит из частиц размером от 900 до 6000 нм, обра зуклцйх более или менее разветвленные цепочки, так называемые сажевы< структуры. Форма частиц большинства видов сажи близка к сферической Частица сажи представляет собой беспорядочный набор отдельных кри сталлитов, состоящих обычно из 3 - 5 параллельных плоских решеток ато мов углерода. В каждом слое кристаллита атомы углерода расположены: вершинах правильных шестигранников. Расстояние между противополож ными вершинами шестиугольника равно 24,5 - 25,8 нм. Плоские решетки: кристаллите смещены одна относительно другой, что еще больше увеличи ваёт неупорядоченность структуры сажевой частицы (сравните со строени ем графита). Атомы углерода, находящиеся на краях плоскостей основание кристаллических решеток (на базисных плоскостях), имеют свободные ва лентности. По этим валентностям к ним присоединяются атомы отдельны плоских решеток углерода (их называют одиночным.и слоями) и цепи атс мов углерода, не ориентированные в упорядоченную кристаллическую сие тему. Эти цепи (неорганизованный аморфный углерод) являются такж продуктами разложения сырья. Кроме того, к свободным валентностж атомов кристаллитов и неорганизованного углерода присоединяются атом! водорода и серы, содержащиеся в сырье, из которого получают сажу. Такш образом, по степени упорядоченности строения сажевая частица занимав промежуточное положение между кристаллическим графитом и аморфны] углеродом.

На поверхности частиц всегда имеются минеральные вещества, пс падающие в сажу на различных стадиях ее производства. В состав саж входят (мас.%.): углерод 89 - 99; водород 0,3 - 0,5; кислород 0,1 - 10; сер 0,1 - 1,1; минеральные вещества - до 0,5 мас.%. Величина частиц сажи, также удельная поверхность (суммарная поверхность частиц, содержащю ся в Г г сажи) и степень структурности (т.е. разветвленность сажевых цепе чек) зависят от условий ее образования. Свойства сажи определяются raai ним образом этими характеристиками.

" Наиболее дисперсная сажа имеет диаметр частиц 9.10 3 нм и уделз ную поверхность 250 м 2 /г, а у наименее дисперсной сажи диаметр части 320 Мкм, а удельная поверхность 12 м 2 /г. Истинная плотность находится пределах 1800 - 2000 кг/м, тогда как насыпная плотность сажи составляв 100 - 350 кг/м. Сырьем для получения сажи служат различные углеводорс ды.

При температуре ниже 800°С термическое разложение углеводорс дов происходит очень медленно и углерод в твердой фазе выделяется лип: в 1 присутствии катализаторов. При 800 - 900°С углерод образуется главны образом на твердой поверхности. При температуре выше 1000°С основнс количество углеводородов уже разлагается с образованием сажи в реакц! окном объеме.

Упрощенно механизм образования частиц сажи можно представить следующим образом. Под действием высокой температуры молекулы угле­водородов распадаются на свободные углеводородные радикалы и атомы водорода. Взаимодействие радикалов друг с другом и с исходными углево­дородами приводит к образованию новых радикалов и молекул термостой­ких соединений, которые служат основой будущих сажевых частиц. К ним присоединяются образующиеся в зоне реакции новые углеводородные ра­дикалы. Происходит соединение атомов углерода в кристаллические обра­зования, а сажевых кристаллитов - в частицы сажи. Диаметр сажевых час­тиц будет тем меньше, чем выше температура процесса.

Для получения более дисперсной сажи повышают температуру и со­кращают время пребывания частиц сажи в зоне реакции. Предотвратить рост сажевых частиц можно также, понижая концентрацию разлагаемого углеводорода. Это достигается разбавлением углеводорода азотом или во­дородом при получении термических саж из природного газа. Скорость процесса резко возрастает, если в исходном сырье содержатся многоядер­ные углеводороды. Присутствие в исходном углеводороде до 1 об.% кислорода или оксида этилена также повышает скорость образова­ния сажевых частиц. Наоборот, добавление к сырью пропилена или оксида азота замедляет процесс.

При формировании сажевых частиц происходит их соударение, при этом они связываются между собой, образуя пространственную структуру сажи. Процесс структурирования протекает более интенсивно при разложе­нии многоядерных ароматических углеводородов. При большей концентра­ции водорода сажа получается менее структурной.

Промышленные способы производства сажи основаны на разложе­нии углеводородов под действием высокой температуры. Образование сажи.в одних случаях происходит в пламени горящего сырья при ограниченном доступе.воздуха (печная сажа), в других - при термическом разложении сы­рья в отсутствие воздуха (термическая сажа).

Получение печной сажи сжиганием сырья при ограниченном досту­пе воздуха осуществляется в основном двумя способами. По наиболее рас­пространенному способу сырье сжигают в печах, снабженных горелками различного устройства. Образующаяся в пламени сажа в течение некоторо­го времени (до 6 с) находится вместе с газообразными продуктами процесса в зоне высокой температуры. После этого смесь сажи и газов охлаждают и отделяют сажу от газов.

По другому способу сырье сжигают с помощью горелок с узкой щелью, установленных в металлических аппаратах. Плоское пламя горящего сырья соприкасается с движущейся металлической поверхностью. Введение в пламя холодной поверхности приводит к тому, что рост образующихся в нем сажевых частиц и соединение их в цепные структуры прерывается. Выделившаяся на осадительной поверхности сажа выводигся из пламени, снимается с этой поверхности и направляется на обработку. Этот способ называют канальным. Сажа, получаемая канальным способом, обладает высокой дисперсностью, поэтому до сих пор этот способ используется в промышленности, несмотря на его несовершенство. Основное количество сажи в промышленности вырабатывается печным способом. На рис. 1.12 дана схема процесса получения сажи печным способом.

Рис. 1.12. Технологическая схема производства печной газовой сажи: 1 - воздуходувка, 2 - печь, 3 - трубопровод саже-газовой смеси," - холодильник, 5 - электрофильтр, 6 - шнек, 1 - элеватор, 1 - сепаратор для отвеивания сажи, 9 барабан да

гранулирования; I - воздух, II -- углеводородный газ, III -саже-дымовая смесь, IV -- вода, V -- отработанные дымовы газы, VI - сажа

Очищенный от механических примесей, воды, сероводорода при­родный газ (II) поступает в печь (2), куда воздуходувкой (1) подают воздух (I). Сажа вместе с газами (III), образующимися при горении, по трубопро­воду (3) направляется в холодильник (4), где охлаждается в результате ис­парения воды (IV), впрыскиваемой форсунками. Из холодильника (4) сажа, газы и пары воды поступают в электрофильтр (5) для выделения сажи. За­тем с помощью шнека (6) и элеватора (1) сажа направляется в сепаратор (8) цеха обработки, где из нее удаляются посторонние включения. Затем сажа отправляется на гранулирование в барабан (9).

Количество подаваемого в печь воздуха должно составлять околс 50% от количества, необходимого для полного сжигания углеводородов содержащихся в сырье. Температура в печи (2) в различных зонах должна быть в пределах 1200 - 1500°С, а температура газовой смеси и сажи после холодильника (4) - в пределах 250 - 350°С. Температуру в печи (2) регули­руют, изменяя соотношение воздуха и газа, подаваемых в нее. Время пре­бывания саже-газовой смеси в печи (2) должно составлять 2 - 4 с.

Преимуществом данного способа является возможность получения сажи с заранее заданными технологическими свойствами, а также возмож­ность практически полной автоматизации процесса. К недостаткам следует отнести сравнительно низкий выход сажи, получаемой из природного газа.

Для увеличения выхода сажи создан способ ее получения, основан­ный на термическом разложении углеводородов без доступа воздуха. Сырь­ем для гфоизводства термической сажи также служит природный газ, кото­рый разлагается на углерод и водород под воздействием высокой темпера­туры при его соприкосновении с сильно нагретыми поверхностями.

Технологическая схема производства термической сажи представле­на на рис. 1.13.

Рис. 1.13. Технологическая схема производства термической сажи: 1

реактор, 2 - насадка, 3 - выхлопная труба, 4 - клапаны, 5 -

холодильник, 6 - циклон, 7 - электрофильтр, 8 - сепаратор,

Шнек, 10 - элеватор, 1 i - бункер; 1 - углеводородный газ,

Воздух, Ш - сажа и газы разложения, IV - сажа

примесями, V - газы разложения, VI - товарная сажа, VII -

Схема включает в себя два аппарата (реактора) с насадкой (2). В од­ном из них осуществляется сжигание природного газа. Это приводит к нагреву насадки до температуры ~ 1600°С. В это время в друг-ом, предвари­тельно нагретом реакторе осуществляется собственно процесс получения сажи за счет эндотермической реакции разложения углеводородного, на­пример природного, газа на поверхности насадки. Когда в этом реакторе температура насадки снизится до 1200°С, осуществляют переключение ре­акторов. В нагретый подают углеводородный газ и получают сажу, а охла­дившийся реактор подогревают. Каждый из реакторов работает в периоди­ческом режиме, а схема в целом - в непрерывном.

Образовавшаяся в реакторе (1) сажа и продукты разложения (III) ох­лаждаются в холодильнике (5). После охлаждения эта смесь поступает за­тем в циклон (6), где выделяется основная часть сажи. Оставшуюся часть сажи доулавливают в фильтре (7). Сажа (IV) из циклона и фильтра элевато­ром (10) направляется в сепаратор (8) для отделения от посторонних приме­сей. Очищенная сажа (VI) шнеком (9) и элеватором (10) направляется е бункер (11) и затем на упаковку в крафт-мешки. При разогреве реактора е его нижнюю часть подается газ (I) и воздух (II). Газообразные продукты сгорания газа удаляются через выхлопную трубу (3), расположенную е верхней части генератора (1). Нижний клапан (4), соединяющий генератор с остальной аппаратурой, в это время закрыт. Происходит разогрев насадки генератора (2). После того, как температура достигнет 1550°С доступ газа и воздуха в генератор прекращают. Клапан выхлопной трубы (3) закрывают и открывают клапан (4), соединяющий генератор с остальным оборудовани­ем. Вслед за этим включают подачу углеводородного газа (I) в верхнюк часть аппарата (1). Он проходит через раскаленную насадку и разлагается с образованием сажи и водорода. Постепенно температура в аппарате снижа­ется. Когда она достигает 1200°С, прекращают подачу газа на разложение и повторяют разогрев.

Термическим способом получается и так называемая ацетиленовая сажа. В этом случае сырьем для получения сажи является ацетилен:

С 2 Н 2 -» 2С + Н 2 -227 кДж/моль

Температура этого процесса должна быть выше 2000°С. Ацетилено­вая сажа имеет более разветвленные и более длинные цепочки, ее электро­проводность во много раз выше по сравнению с другими благодаря более совершенной структуре.

К недостаткам термического способа относится периодичность про­цесса и неоднородность качества сажи.

Сажу классифицируют по следующим признакам: . - по способу получения;

по сырью, из которого вырабатывают сажу;

по величине удельной адсорбционной поверхности, м~/г;

по степени структурности;

По специфическим свойствам, которые приобретает сажа после до­ полнительной обработки окислением.

По способу получения сажи подразделяются на следующие виды:

ацетиленовые (А);

канальные (К);

печные (П);

термические (Т).

Иногда канальные обозначают буквой (Д), так как канальную сажу получают извлечением из диффузионного пламени.

Назовем области применения саж.

Ацетиленовые сажи применяются для электротехнической, кабель­ной, аккумуляторной и резиновой промышленности, так.как они токопро-водящие.

Сажи термические, в том числе канальные, используются для изго­товления лаков с высокой степенью черноты, печатных красок, копиро­вальной бумаги, резиновых изделий.

Печные сажи находят применение также в типографских красках, в электротехнической промышленности, для производства пластических масс с высокой прочностью цвета и так далее.

Технический углерод или сажа используется в лакокрасочной промышленности в качестве черного пигмента. Состоит из 88 – 99,9% элементного углерода. Технические характеристики и свойства технического углерода определяются исходным сырьем и методом производства.

Производство технического углерода

Технический углерод (сажу) можно получить двумя способами: пиролизом (термическим распадом) исходного материала либо его сжиганием. Как исходный материал (сырье), используется топливо: жидкое, газообразное, иногда твердое. Технический углерод ацетиленовый получается в результате переработки ацетилена, газовый – природного газа. Форсуночный и ламповый технический углерод производят из жидкого топлива. Кроме того, форсуночный и ламповый технический углерод является отходом производства при коксовании угля и пиролизе нефти.

Наиболее широко используется технический углерод форсуночный, ацетиленовый, ламповый и газовый (специальный, термический, канальный и печной).

Свойства технического углерода

Пигментный технический углерод может иметь первичную либо вторичную структуры. Первичная – это основная структура, множество частиц сферической (или близкой к таковой) формы. Первичная структура может под воздействием определенных факторов переходить во вторичную. Частички углерода прочно соединяются меду собой, образуя цепочки, разветвления. При взаимосоединении цепочек возможно образование вторичной сетчатой структуры. При использовании технического углерода в качестве черного пигмента для производства лакокрасочных материалов наличие вторичных структур крайне нежелательно, т.к. они понижают пигментные свойства сажи.

Технический углерод обладает исключительно высокой степенью дисперсности. Размер частиц пигмента составляет от 0,01 до 0,6 мкм. Благодаря высокой степени дисперсности удельная поверхность порошка может достигать 300 м 2 /г. От дисперсности зависит и глубина цвета, маслоемкость пигмента. Чем меньше размер частиц порошка, тем черный цвет более глубокий. И, соответственно, тем выше маслоемкость технического углерода. Зависимость интенсивности от дисперсности имеет несколько иной характер. Возрастает интенсивность пигмента при уменьшении размера частиц вплоть до 0,025 мкм, далее идет постепенное снижение интенсивности.

Технический углерод является хорошим адсорбентом. Химическим состоянием поверхности частиц порошка во многом определяются свойства пигмента. В процессе производства частицы технического углерода реагируют с кислородом воздуха, образуя сложные соединения. Если в пигментном техническом углероде содержится небольшое количество комплексов, величина рН водной вытяжки может достигать значений 9,0 – 11,0. В этом случае рН определяется примесями солей щелочноземельных и щелочных металлов, которые остаются на поверхности частиц углерода после его промывки (охлаждения). Высокое содержание комплексов свидетельствует о кислотном характере водной вытяжки технического углерода. рН при этом составляет 3,5 – 4,6.

Адсорбированный кислород на поверхности частиц пигмента может послужить причиной самовоспламенения технического углерода. Этой угрозе подвержены и долго хранящиеся пасты технического углерода на основе растительных масел и олиф, которые легко окисляются. Для предотвращения образования комплексов с кислородом, при диспергировании технический углерод обрабатывают поверхностно-активными соединениями (ПАВ). Благодаря обработкой ПАВ повышается глубина цвета пигмента. После диспергирования в присутствии поверхностно-активных соединений получают водные дисперсии или суховальцованные пасты (СВП). Поверхность каждой частички в этих пастах и дисперсиях очищена от лишнего кислорода. На лакокрасочные производства технический углерод поступает в виде дисперсий и суховальцованных паст. Непосредственно в процессе производства лакокрасочных материалов технический углерод разбавляют при помощи растворителей и вводят в необходимой концентрации в будущую эмаль или краску.

Распределение в пленкообразующем веществе технического углерода – довольно сложный процесс и чем частички мельче, тем добиться однородности эмульсии труднее. Образование дисперсии происходит легче при наличии соединений кислорода и углерода. Улучшается смачиваемость порошка, лакокрасочный материал приобретает большую стабильность и окрашенная поверхность – глянец.

Технический углерод передает ценные свойства лакокрасочному материалу. Сажа обладает высокой термостойкостью, устойчива к воздействию света и многих химических соединений. Технический углерод обладает способностью поглощать ультрафиолетовое, инфракрасное излучение и свет видимой части спектра. Благодаря этому эмали и краски на его основе отличаются высокой атмосферной стойкостью, защищая поверхность от .

Применение технического углерода

Подавляющее большинство технического углерода, производимого промышленностью, используется для производства пластических масс и резин. Материал служит усиливающим компонентом. Около 70 % всего выпускаемого технического углерода применяется в изготовлении резины для автомобилей (шин). Незначительную часть материала использует полиграфическая промышленность.

В лакокрасочной отрасли технический углерод применяется при производстве серых и черных атмосферостойких эмалей и красок.

Структура

Частицы технического углерода представляют собой глобулы , состоящие из деградированных графитовых структур. Межплоскостное расстояние между графитоподобными слоями составляет 0,35-0,365 нм (для сравнения, в графите 0,335 нм).

Размер частиц (13-120 нм) определяет «дисперсность » техуглерода. Физико-химическим показателем, характеризующим дисперсность, является удельная поверхность . Поверхность частиц обладает шероховатостью, за счёт наползающих друг на друга слоёв. Мерой шероховатости служит соотношение между показателями удельной поверхности техуглерода и его йодным числом (поскольку йодное число определяет полную поверхность частиц с учётом шероховатостей).

Частицы в процессе получения объединяются в т. н. «агрегаты», характеризуемые «структурностью» - разветвлённостью - мерой которой служит показатель абсорбции масла.

Агрегаты слипаются в менее прочные образования - «хлопья».

Кроме атомов углерода в составе технического углерода присутствуют атомы серы , кислорода , азота .

Техуглерод обладает высокоразвитой поверхностью (5-150 м²/г), со значительной активностью. На поверхности обнаруживаются т. н. концевые группы (-COOH, -CHO, -OH, -C(O)-O-, -C(O)-), а также сорбированные остатки неразложившихся углеводородов. Их количество напрямую зависит от способа получения и последующей обработки углеродных частиц. Для получения пигментов часто частицы техуглерода подвергают окислительной обработке кислотами.

Истинная плотность частиц технического углерода - 1,76-1,9 г/см³. Насыпная плотность хлопьевидного («пылящего») техуглерода составляет 30-70 кг/м³. Для удобства транспортирования и использования технический углерод гранулируют до плотности 300-600 кг/м³.

Применение

Технический углерод применяется в качестве усиливающего компонента в производстве резин и других пластических масс . Около 70 % всего выпускаемого техуглерода используется в производстве шин , ~20 % в производстве резино-технических изделий. Остальное количество находит применение в качестве чёрного пигмента ; замедлителя «старения » пластмасс; компонента, придающего пластмассам специальные свойства: (электропроводные , способность поглощать ультрафиолетовое излучение, излучение радаров).

Усиление резин

Усиливающее действие техуглерода в составе полимеров во многом обусловлено его поверхностной активностью. Оценить степень изменения свойств резиновых вулканизатов, содержащих 50 % по массе технического углерода разных марок, можно на основе следующих данных (в качестве основы использован БСК - бутадиен-стирольный каучук):

Наименование класса	Код	Марка по ASTM D1765	Размер частиц, нм	Растягивающее усилие, МПа	Сопротивление истиранию, усл.ед.
Суперстойкий к истиранию, печной	SAF	N110	20-25	25,2	1,35
Промежуточный	ISAF	N220	24-33	23,1	1,25
С высокой стойкостью к истиранию, печной	HAF	N330	28-36	22,4	1,00
Быстроэкструдирующийся печной	FEF	N550	39-55	18,2	0,64
Высокомодульный печной	HMF	N683	49-73	16,1	0,56
Полуусиливающий печной	SRF	N772	70-96	14,7	0,48
Средний термический	MT	N990	250-350	9,8	0,18
Каучук бутадиен-стирольный	-	-	-	2,5	~0

Следует отметить, что кроме прекрасных физических свойств техуглерод придаёт наполненным полимерам чёрную окраску. В связи с чем, для производства пластмасс, для которых важен конечный цвет (например обувной пластикат) в качестве усиливающего наполнителя применяют т. н. «белую сажу » (аэросил) - высокодисперсный оксид кремния .

Справедливости ради следует отметить, что доля «белой сажи» возрастает и в производстве автомобильных шин, поскольку резиновые вулканизаты на её основе обладают значительно меньшими потерями на трение при качении, что приводит к экономии топлива . Однако, усиливающее действие «белой сажи» и сопротивляемость вулканизатов истиранию пока существенно хуже, чем при использовании техуглерода.

Способы получения

Существует несколько промышленных способов получения технического углерода. В основе всех лежит термическое (пиролиз) или термоокислительное разложение жидких или газообразных углеводородов . В зависимости от применяемого сырья и метода его разложения различают:

• печной - непрерывный процесс, осуществляемый в закрытых цилиндрических проточных реакторах . Жидкое углеводородное сырьё впрыскивается механическими или пневматическими форсунками в поток газов полного сгорания топлива (природный газ , дизельное топливо), причём расходы всех материальных потоков поддерживаются на заданном уровне. Полученную реакционную смесь для прекращения реакций газификации охлаждают, впрыскивая в поток воду. Техуглерод выделяют из отходящего газа и гранулируют;
• ламповый - непрерывный процесс, осуществляемый в специальных проточных реакторах. Жидкое углеводородное сырьё испаряется за счёт подвода теплоты к чаше, в которой оно находится. Пары сырья увлекают во внутрь реактора наружный воздух через кольцевой зазор между приёмным зонтом реактора и чашей для сырья. Материальные потоки контролируются лишь частично. Реакционный канал в хвостовой части реактора охлаждается через стенку водой. Техуглерод выделяют из отходящего газа и упаковывают;
• термический - процесс осуществляется в парных реакторах объёмного типа, работающих попеременно. В один из реакторов подают газ (природный , ацетилен) в смеси с воздухом, который, сгорая, нагревает футеровку реактора. В это время во второй предварительно нагретый реактор подают только газ (без воздуха), в ходе протекания реакции футеровка остывает, подачу газа переводят в подготовленный реактор, а остывший разогревают, как описано выше;
• канальный - периодический процесс, осуществляемый в специальных камерах периодического действия, в полу которых установлены щелевые (канальные) горелки. Пламя сгорающего сырья (природный газ) на выходе из горелок сталкивается с охлаждаемым водой металлическим жёлобом, процесс окисления прекращается с выделением техуглерода, который собирается внутри камеры. Полученный продукт периодически выгружают вручную.

Классификация

В соответствии с классификацией по ГОСТ установлены 10 марок технического углерода. В зависимости от способа получения (печной, канальный, термический) маркам присвоены буквенные индексы «П», «К», «Т». Следующий за буквенным цифровой индекс характеризует средний размер частиц техуглерода в целых десятках нанометров
Основные физико-химические характеристики показатели марок техуглерода по ГОСТ приведены ниже:

Марка по ГОСТ 7885	Удельная поверхность , 10³м²/кг	Йодное число , г/кг	Абсорбция масла, 10 −5 м³/кг	Насыпная плотность, кг/м³
П245	119	121	103	330
П234	109	105	101	340
К354	150	-	-	-
П324	84	84	100	340
П514	-	43	101	340
П701	36	-	65	420
П702	37,5	-	70	400
П705	23	-	110	320
П803	16	-	83	320
Т900	14	-	-	-

В основе классификации по стандарту ASTM D1765 лежит способность некоторых марок техуглерода изменять скорость вулканизации резиновых смесей. В зависимости от чего маркам присвоены буквенные индексы «N» (с нормальной скоростью вулканизации) и «S» (с замедленной скоростью вулканизации, от англ. «slow» - медленный). Следующий за буквенным цифровой индекс - номер группы марок по средней удельной поверхности . Два последних цифровых индекса выбирались при утверждении марки.
Стандартом описаны (по состоянию на год) 43 марки техуглерода, из которых индекс «S» имеют 2.
Основные физико-химические характеристики показатели типичных марок техуглерода по ASTM приведены ниже:

Марка по ASTM D1765	Удельная поверхность , 10³м²/кг	Йодное число , г/кг	Абсорбция масла, 10 −5 м³/кг	Насыпная плотность, кг/м³
N110	127	145	113	345
N220	114	121	114	355
S315	89	-	79	425
N330	78	82	102	380
N550	40	43	121	360
N683	36	35	133	355
N772	32	30	65	520
N990	8	-	43	640

Воздействие на человека

По текущим оценкам Международного агентства по исследованиям в области рака, технический углерод, возможно , является канцерогенным веществом для человека и по этой причине отнесён к группе 2B по классификации канцерогенных веществ. Кратковременное воздействие высоких концентраций пыли техуглерода может вызывать дискомфорт в верхних дыхательных путях за счёт механического раздражения.

Введение

Углеродные сажи (CB) добавляются в полимеры для:

Армирования эластомеров, что позволяет улучшить механические свойства. На протяжении многих лет шины армировались только углеродной сажей, но в настоящее время ей составляет конкуренцию осаждённый диоксид кремния.

Световой защиты: небольшие количества позволяют остановить ультрафиолетовые лучи на поверхности, но при этом получается темно-серое или же черное окрашивание.

Окрашивания.

Повышения проводимости: разработаны специальные проводящие сажи для того, чтобы делать проводимыми от природы изолирующие полимеры.

Углеродные сажи могут также давать экономию затрат:

За счет уменьшения массы каучука (и затрат на него), используемого для получения тех же механических эксплуатационных характеристик.

За счет наращивания функциональных параметров, таких как устойчивость к истиранию.
При разработке новых марок и осуществлении исследовательских работ используются три основных стратегии:

Получение усовершенствованных свойств за счет инновационных производственных технологий,

Модификация взаимодействия с полимерной матрицей за счет обработки поверхности,

Объединение усилий с другим армирующим наполнителем, для того, чтобы нарастить мощность действия и ослабить имеющиеся слабые стороны.

В настоящей статье рассматриваются армирующие углеродные сажи.

Что такое углеродные сажи?

Углеродные сажи получают при расщеплении органических материалов из нефти или газа в условиях ограниченной кислородной атмосферы. Здесь сосуществуют несколько технологий:

Печная, основывающаяся на использовании нефти. В настоящее время наиболее часто применяемая технология для армирования каучука.

Канальный способ получения газовой сажи, основывающийся на использовании газа, который позволяет получать кислотные газовые сажи, а также сажи с медленным отверждением.

Термическая технология, основывающаяся на использовании газа. Получаемые углеродные сажи неустойчивые или же не способные давать армирование.

Ацетиленовая технология, основывающаяся на использовании ацетилена. Такие углеродные сажи используются для создания проводящих полимеров.

В физическом плане, углеродные сажи создаются на трех структурных уровнях:

Первичные частицы, которые характеризуются размерами от 10 до 500 нм, и которые можно измерить прямыми методами или же оценивать непрямым образом на основе измерения площади поверхности, такими методами как поглощение жидкостей или газов: CTAB, йод, азот. Каждый из таких методов позволяет получить различное значение. В отличие от индекса CTAB, с помощью измерения поглощения азота можно измерять как пористость (недоступно для каучука), так и площадь внешней поверхности. Имеющиеся в настоящее время поверхности находятся в диапазоне от 10 м2/г до 150 м2/г. Наименьший размер частиц дает наибольшую площадь поверхности, и соответствующие углеродные сажи являются наиболее армирующими, но и наиболее трудно диспергируемыми.

Агрегаты частиц характеризуются размерами от 40 до 600 нм. Размеры и структуры агрегатов (пустоты, количество частиц) характеризуются на основе поглощения масла, в настоящее время поглощения дибутилфталата или DBP с параметрами в диапазоне от 30 до 150 см3/100 г. Каучук, который заполняет пустоты, уже не принимает активного участия в формировании его механических эксплуатационных характеристик, таких как эластичность, удлинение, остаточная деформация при сжатии...

Агломераты агрегатов.