CARBON BLACK

A. Pengertian

Carbon black adalah powder hitam, amorphous, mempunyai perbandingan luas area

dengan volum yang tinggi dan sangat halus terdiri dari elemen utama yaitu karbon, beberapa

bahan volatile dan abu (ash). Disebut sebagai bahan nano material size. Bahan baku pembuatan

carbon black antara lain tar dari proses thermal dan catalytic cracking.

Carbon black merupakan material yang diproduksi dari pembakaran tidak sempurna dari

petroleum berat seperti Fluid Catalytic Cracking (FCC) tar, coal tar, ethylene cracking tar, dan

dari minyak nabati dalam jumlah kecil. Berdasarkan International Agency for Research on

Cancer (IARC), carbon black bersifat karsinogen, dan debu carbon black dalam jumlah yang

tinggi dapat menyebabkan iritasi (Sumber: http://Wikipedia/carbon black.co.id)

Kualitas carbon black dipengaruhi oleh ukuran partikel, surface area, dan pH. Penelitian

mengungkapkan bahwa lebih kecil partikel karbon hitam yang memberikan kualitas ketahanan

abrasi yang lebih baik bila dibandingkan dengan partikel yang lebih besar. Digunakan terutama

dalam industri rubber. (Sumber: www.carboncycle.biz/carbon-black.html)

Gambar 1. Carbon Black

B. Karakteristik

Carbon black bukanlah soot (jelaga) atau black carbon kerana merupakan hasil

pembakaran tidak sempurna, yang mana keduanya dalam bentuk umum diaplikasikan untuk

produk yang dihasilkan dari reaksi pembakaran yang tidak sempurna dari karbon yang

mengandung material seperti minyak, fuel oil atau gasoline, batubara, kertas, karet, plastik dan

material limbah. Soot dan black carbon juga mengandung diklorometana dalam jumlah besar dan

toluene sebagai material tetap, dan kandungan abu sebesar 50 % atau lebih.

Carbon black secara sifat kimia dan fisika dihasilkan dari soot dan black carbon, dengan

kebanyakan tipe yang mengandung lebih dari 97 % karbon yang tersusun sebagai aciniform

(grape-like cluster) particulate. Kebalikannya, tipe yang mengandung kurang dari 60% dari total

partikel massa soot dan black carbon disusun oleh karbon, tergantung dari sumber dan sifat

partikel (bentuk, ukuran, dan heterogeniti). Komersial carbon blacks, mengandung bahan

organik seperti polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) -adanya PAHs semakin banyak di

dalam carbon black meningkatkan kualitas karsinogenik pada carbon black- hanya dapat

diekstraksi dibawah prosedur analisa laboratorium yang sangat ekstrim (soxhlet ekstraksi

menggunakan solven organik dan temperatur tinggi). Ekstrak ini hampir sama dengan turunan

soot, karena carbon black mengekstrak hanya dalam jumlah yang sangat kecil. Air dan bentuk

fluida tidak efektif dalam mengilangkan PAHs dari permukaan carbon black. Dua produk

karbonasi yang komersial adalah activated carbon dan bone black. Setiap produksi

menggunakan proses yang berbeda dari carbon black yg komersial dan memiliki sifat fisika dan

kimia yang sangat unik.

Tabel 1. Nama Komersial dari Carbon Black

Sumber : International Carbon Black Assosiation, 2004

Tabel 2. Sifat dan Karakteristik Carbon Black

Sumber : International Carbon Black Assosiation, 2004

Gambar 2. Sequence of Structure Development

C. Pembuatan Carbon Black

Proses yang telah diperkenalkan di pasar, masing-masing tergantung pada jenis

hidrokarbon yang digunakan.

1. The furnace black process (gambar 3) menjadi yang paling umum. Furnace black

process menggunakan minyak berat berbasis aromatic dan minyak ringan sebagai umpan.

Produksi furnace menggunakan reaktor tertutup untuk mengatomisasi feedstock dibawah

kondisi kontrol (temperatur dan tekanan). Feedstock dikontakkan dengan aliran gas panas

(melalui burning secondary feedstock, misalnya natural gas atau minyak) di mana terjadi

penguapan dan kemudian dipirolisis pada fase uap menjadi partikel karbon mikroskopik.

Pada reaktor furnace, kecepatan reaksi dikontrol menggunakan steam atau water spray.

Carbon black diproduksi di sepanjang reaktor melalui konveyor, didinginkan, dan

dikumpulkan pada bag filter secara kontinyu. Residual gas, atau tail gas dari reaktor

furnace mengandung berbagai jenis gas misalnya karbon monoksida dan hidrogen.

Banyak pabrik furnace black menggunakan residual gas ini untuk memproduksi panas,

steam atau sebgai pembangkit listrik. (Sumber: www.carbon-black.org/what_is.html)

Penggunaan carbon black jenis furnace black process:

Diameter partikel kecil sehingga dapat digunakan sebagai bahan penguat karet alam

Derajad keasaman sangat aktif sehingga digunakan bahan pembuat karet tahan asam

Gambar 3. The Furnace Black Process

Sumber : International Carbon Black Assosiation, 2004

2. The thermal black process, menggunakan gas alam, terutama terdiri dari methane atau

minyak aromatik berat, sebagai bahan bahan baku. Proses menggunakan sepasang tungku

alternatif yang kira-kira setiap lima menit antara preheating dan produksi karbon hitam.

Gas alam disuntikkan ke tungku api tahan panas berjajar, dan dengan tidak adanya udara,

panas dari refraktori mengurai gas alam menjadi karbon hitam dan hidrogen. Aliran dari

materi aerosol dipadamkan dengan semprotan air dan disaring di sebuah bag house.

Karbon hitam yang keluar dapat diproses lebih lanjut untuk menghilangkan kotoran,

pelletized, disaring, dan kemudian dikemas untuk pengiriman. Hidrogen off-gas dibakar

di udara untuk panaskan tungku kedua. (Sumber: International Carbon Black Assosiation, 2004).

Reaksi yang terjadi pada suhu 650 oC – 750 oC adalah :

Reaksi oksidasi :

5CH4 + O2 C2H2 + 6H2O + 6H2 + 3CO ……………… (1) Q (?)

Reaksi pirolisis :

C2H2 2C + H2 …………………………………….. (2)

3. The acetylene black process menggunakan asetilena dan mengalami proses yang sama

dengan proses termal, kecuali bahwa karbon hitam tidak diubah menjadi pelet.

Penggunaan asetilen carbon black :

Sebagai bahan baku ban pesawat terbang

Bahan atap rumah anti sambaran petir

Untuk bahan pembuat dry cell

4. Proses tertua adalah the lampblack process (coal tar base) dimana pemanasan dilakukan

pada wajan besi untuk menghasilkan karbon hitam.

5. Proses kelima disebut the bone black process. Proses ini walaupun tidak termasuk dari

kategori manufaktur karena tidak mengalami proses pembakaran yang terkait.

6. The channel process, proses ini dirancang pada tahun 1872. Umpan (gas alam) dibakar

dengan jumlah udara yang terbatas. Reaksi yang terjadi adalah :

CH4 + 2O2 CO2 + 2H2O ∆H = -799 kJ …………….. (3)

CH4 C + 2H2 ∆H = 92 kJ ………………. (4)

Proses ini menghasilkan carbon black tidak lebih dari 5%, sehingga sudah ditinggalkan.

Carbon black dari proses ini pertama kali bahan penguat karet alam

Diameter partikel besar (Sumber: www.carboncycle.biz/carbon-black.html)

D. Kegunaan Carbon Black

Dulu, karbon hitam telah digunakan sebagai agen penguat ban. Sekarang, karena sifat

unik, penggunaan karbon hitam yang telah diperluas untuk mencakup pigmentasi, ultraviolet

(UV) stabilisasi, karbon untuk farmasi, karbon untuk komposit, adsorben (penjerap) limbah dan

konduktif agen dalam berbagai sehari-hari dan khusus produk performa tinggi, termasuk:

Tires and Industrial Rubber Products: Karbon hitam ditambahkan untuk karet

baik sebagai pengisi dan sebagai agen penguat. Untuk berbagai jenis ban, digunakan dalam

innerliners, bingkai (produk ornamental), dinding samping dan tapak memanfaatkan berbagai

jenis berdasarkan pada persyaratan kinerja spesifik. Karbon hitam juga digunakan di banyak

industri ekstrusi dicetak dan produk karet, seperti ikat pinggang, selang, gasket, diafragma,

getaran perangkat isolasi, Bushings, udara air, bemper chassis, dan beberapa jenis bantalan,

sepatu bot, wiper blades, fascia, konveyor roda, dan grommets. . Sejak karbon hitam yang

digunakan seperti yang telah tersebut, berbagai spesifikasi, ukuran partikel, struktur dan luas

permukaan memainkan peranan penting sebagai komponen dari karet, plastik dan produk-

produk terkait lainnya. Demikian, karbon hitam diproduksi di kelas yang berbeda untuk

memenuhi kebutuhan berbagai produsen. Carbon black dapat juga dimanfaatkan untuk

mengurangi kerusakan ban karena panas. Dalam ban karet, karbon hitam digunakan sebagai

pigmen dan memperkuat perisai yang membantu untuk mengalihkan panas dari tapak dan

kawasan sabuk, sehingga mengurangi kerusakan termal dan memperpanjang livetime rata-

rata dari ban.

Tabel 3. Tipe Carbon Black Yang Digunakan Pada Ban

Name Abbrev.ASTMDesig.

ParticleSizenm

TensileStrength

MPa

RelativeLaboratoryAbrasion

RelativeRoadwearAbrasion

Super Abrasion Furnace SAF N110 20-25 25.2 1.35 1.25Intermediate SAF ISAF N220 24-33 23.1 1.25 1.15High Abrasion Furnace HAF N330 28-36 22.4 1.00 1.00Easy Processing Channel EPC N300 30-35 21.7 0.80 0.90Fast Extruding Furnace FEF N550 39-55 18.2 0.64 0.72High Modulus Furnace HMF N683 49-73 16.1 0.56 0.66Semi-Reinforcing Furnace SRF N770 70-96 14.7 0.48 0.60Fine Thermal FT N880 180-200 12.6 0.22 --Medium Thermal MT N990 250-350 9.8 0.18 --

Sumber : http//www.Wikipedia/carbon black.co.id

Plastics: Karbon hitam saat ini sudah banyak digunakan untuk kemasan konduktif, film,

serat, moldings, pipa dan semi-konduktif kabel senyawa dalam menolak produk-produk

seperti karung, industri tas, fotografi kontainer, pertanian pupuk film, stretch wrap, dan

aplikasi untuk molding termoplastik otomotif, listrik / elektronik, peralatan rumah tangga dan

pukulan-dibentuk wadah.

Electrostatic Discharge (ESD) Compounds: Karbon hitam secara hati-hati dirancang

untuk mengubah karakteristik listrik dari isolasi ke konduktif dalam produk-produk seperti

kemasan elektronik, keamanan aplikasi, dan bagian otomotif.

High Performance Coatings: Karbon memberikan pigmentasi kulit hitam,

konduktivitas, dan UV protection untuk sejumlah aplikasi lapisan termasuk otomotif (primer

basecoats dan clearcoats), laut, aerospace, hiasan, kayu, dan industri coating.

Toners and Printing Inks: Karbon kulit hitam meningkatkan formulasi dan memberikan

fleksibilitas luas dalam memenuhi persyaratan warna tertentu.

Sumber: www.carbon-black.org/uses.html

Norit: sebagai bahan obat-obatan (obat diare).

Gambar 4. Gambar Amorf Carbon Black

(www.wikipedia.com)

BUKA BPS.com