Elektronenmikroskopische Untersuchungen an Probenmaterial von ...

Einleitung
1.2.3 Kohlenruß (Carbon black)
1.2.3.1 Vorkommen und Exposition
Industrieruß (englisch: Carbon black) ist ein schwarzer, pulverförmiger Feststoff, der
durch kontrollierte partielle Verbrennung oder Pyrolyse (thermische Spaltung chemischer
Verbindungen) von Erdöl, Steinkohlenteer, Ethylen
oder auch Pflanzenöl hergestellt wird. Die Herstellung von
Carbon black kann in unterschiedlichen Verfahren erfolgen.
Am häufigsten wird das so genannte „Furnace-Verfahren“
angewendet. Hierbei werden die Ausgangsstoffe in ein
Abb. 7:
Reaktorsystem eingeleitet, unter Sauerstoffmangel ver-
Partikelpulver des Carbon
black.
brannt, aufgespalten und dehydriert. Dabei entstehen pulverförmige
Rußpartikelansammlungen mit einer Größe von 40 bis 48 und 49 bis
100 nm. Zur Verbesserung der Handhabung des Carbon blacks wird die Pulverform
des Industrierußes durch eine Granulierung in eine geperlte Form überführt
[http:www.degussa-fp.com/fp/de/gesch/gummiru/herstellung].
Dadurch entstehen Aggregate (vgl. Abb. 8) mit einem Durchmesser von 100 bis 430
nm [Kerr et al., 2002]. Das in den Experimenten dieser Arbeit verwendete Carbon
black, dargestellt in Abb. 7, wurde durch das „Furnace-Verfahren“ gewonnen. Neben
dem „Furnace-Verfahren“ werden auch das Gasruß-, Lampruß-, Acetylenruß- und
Thermalrußverfahren angewendet, die ähnlich wie das „Furnace-Verfahren“ ablaufen
[Yang et al., 2007].
Die Industrieruße sind zu unterscheiden von den Rußen, die als Nebenprodukt bei
der Verbrennung von rußhaltigen Materialien entstehen und aus verschiedenen und
oft unbekannten Stoffen zusammengesetzt sind [Baan, 2007].
Der Hauptbestandteil der Industrieruße ist Kohlenstoff. Daneben können noch andere
Elemente wie z.B. Wasserstoff, Sauerstoff, Stickstoff und Schwefel enthalten
sein. An diese Verbindungen sind zusätzlich funktionelle Gruppen gebunden, z.B.
Carboxyl- und Phenylgruppen. Diese tragen zu einer Verstärkung der elastischen
Fähigkeiten bei [Park und Kim, 2000]. Industrieruße können zudem polyzyklische
aromatische Kohlenwasserstoffe (PAK) enthalten, oder es können Benzene mit einem
Anteil von 1,7 % gebunden sein [Rausch et al., 2004]. Die Eigenschaften von
Carbon black sind abhängig von der Größe, der Morphologie, der Oberflächenbeschaffenheit,
der kristallinen Struktur und ihrer Hitzestabilität. Beispielsweise sind
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