Химии тут особо не будет. Поделюсь небольшим количеством знаний, что я имею.
Что обыватель знает про сажу? Она черная, пачкается, образуется, когда что-то горит – отходы, в общем.
Тащемто да, но нет. Сажа широко применяется в качестве красителя (не только, но сейчас об этом). По сути, это пигмент. Что ей можно красить? Да что угодно. На основе сажи делают обычную краску, черный лак, концентрат красителя для окрашивания полимеров, чернила, тушь, окрашивают ею резину (шины, например).
В посте про изготовление чернил комментаторы удивляются тому, что изготовитель не жжет все подряд, а составляет какую-то странную хитрую рецептуру. Почему он не может использовать любую сажу, жечь покрышки (опустим, что дым от покрышек токсичен), мусор и всякое прочее разное? Ну, потому что ему нужна не совсем сажа.
Сажа как термин – это продукты горения углеводородов, полученные в неконтролируемых условиях.
А для того, чтобы краска (чернила, например), получилась качественной, укрывистой и экономной в расходе, нужна чистая сажа с мелким размером частиц. Такая сажа производится в контролируемых условиях, отчего получает название технический углерод.
Здесь у нас многое завязано на площади поверхности. Почему и что это такое?
Представьте черный предмет кубической формы. Площадь его поверхности равна сумме площадей каждой плоскости, то есть, при кубе 1*1*1 м, площадь его поверхности равна 6 м2. Теперь разрежем куб пополам. Четыре поверхности из шести стали меньше, но добавились еще две. В том же объеме, что занимал изначальный куб, теперь у нас два меньших по размеру параллелепипеда, площадь которых равна ((1*1)*2 – это две большие плоскости +(0,5*1)*4 – это четыре «обрезанные»)*2 – у нас же два параллелепипеда = 8 м2. Можем поделить их снова пополам и увидим, что площадь поверхности в том же объеме снова увеличится. Чем мельче мы нарубим куб, тем больше будет площадь поверхности на тот же объем.
Почему это важно? Представим снова умозрительную картину. Мы берем наш изначальный куб 1*1 м и кладем его в прозрачную емкость с водой, допустим, в пять раз больше куба. Перемешиваем. Получилась емкость с водой и кубом. Ок.
Берем разрезанный на 2 части куб и также кладем его в емкость с водой. Перемешиваем. Получилась емкость с водой и два параллелепипеда. Ок.
А теперь возьмем тот же куб, но нарезанный на миллион маленьких кубиков размером в десятую долю микрона (может, там и не миллион получится, не буду считать, это просто мысленный эксперимент). Кладем в емкость с водой и перемешиваем. Получилось что? Черная, мутная вода. И чем мельче кубики, тем чернее она будет при том же количестве добавленного.
Поэтому хорошая краска сделана на основе очень мелкого технического углерода. Как мы видели на видео с изготовителем чернил, можно накрошить совсем немного, разбавить водой и получить укрывистую, плотно черную жидкость. С крупной фракцией она осталась бы водянистой, более прозрачной и неоднородной.
Размер частиц техуглерода колеблется в диапазоне около 13-120 нм. Да, древние изготовители чернил вовсю пользовались нанотехнологиями. :) Во многом наноразмерность и определяет замечательные свойства техуглерода, потому что площадь поверхности мы имеем просто восхитительную.
Помимо того, что площадь поверхности техуглерода огромна, эта самая поверхность еще и довольно активна, благодаря чему его применяют также для усиления резин.
Но есть куда более интересная штука! С помощью технического углерода мы можем сделать не проводящий электричество пластик проводящим.
Как известно, наверное, всем, стандартные полимеры (пластик) типа полиэтилена, полипропилена, поливинилхлорида etc не проводят электрический ток. Поэтому в полимеры мы изолируем провода и кабели, например. Но иногда нам надо, чтобы полимер как раз проводил ток. Зачем? Ну, в основном для того, чтобы рассеивать статическое электричество. Как пример – ложементы и коробки для микроэлектроники. Если там скопится статический заряд, может возникнуть искра и повредить электронику. Да и просто спровоцировать возгорание. Можно, конечно, антистатик добавить, но там есть свои минусы.
Технический углерод проводит электрический ток.
И мы получаем очень забавную штуку.
Если добавить в полимер 40% и более технического углерода нужной марки, произойдет следующее:
В массе полимера частички электропроводящей сажи частично агрегируются и как бы выстраиваются в сеточку, которая нигде не прерывается. Вот по этой самой сеточке будет идти электрический ток. Поэтому и должно быть техуглерода не менее 40% - если взять меньше, то частиц будет мало и сеточка не получится непрерывной.
На выходе мы получим пластик черного цвета, который проводит электричество.
Как-то так. Это, конечно, далеко не исчерпывающая информация о таком замечательном продукте, но мне просто захотелось внести небольшую ясность в тот момент, что сажа – не только лишь сажа, мало что может так быть.
