‏اسود الكربون :

‏بني اول مصنع لتصنيع اسود الكربون في الولايات المتحدة ، في نيوكمبرلاند ، عام 1872 ‏. وكان ينتج اللون الاسود عن طريق تبريد لهب غاز الاحتراق على شرائح الحجر الصابوني وفرك الكريون الناتج . وفي عام ١883 ‏اجيزت طريقة الاسطوانات الدوارةroller process   وحقق  Nutt Mc الطريقة الانبوبية عام 1892 ‏. كان الانتاج المبكر متواضعا حيث بلغ . 12000 ‏طنا. واعلن في بريطانيا في عام 1904 ‏عن اضفاء التأثير المعزز لاسود الكربون على المطاط . وفي عام 1912 ‏اقتنعت شركة odrich  . F .B ، بأهمية اسود الكربون في صناعة المطاط ، واستخدمت حمولة شاحنة من هذه المادة ، واعلن في وقت متأخر من ذلك العام عن طلب مقدار 577 ‏طنا سنويا . فعمل ظهور هذه السوق الجديدة على تحريض الصناعة . وكان التوسع سريعا ، وكان الغاز الطبيعي هو اول مادة اولية . واجيزت اول معالجة حرارية لاسود الكربون عام 1916  ‏، وبدا انتاجه عام 1922 ‏، وظهر فرن الغاز تجاريا 1928 ‏. وفي تشرين الثاني عام 1943 ‏ظهر اول مصنع في تكساس لإنتاج اسود الكربون من افران الزيت . واجيزت عام ١974 ‏طريقة المعالجة بأفران الزيت من قبل شركة  Goodyear .

‏انخفضت اسعار بيع اسود الكربون كثيرا مع توسع صناعته . ففي عام 1872 ‏كان سعر الكيلو غرم الواحد 5.50 ‏دولارا فانخفض في عام 1957 ‏الى 13 ‏سنتا . ولكن الاسعار عادت الى الارتفاع من جديد بسبب الارتفاع الكبير في اسعار البترول والتضخم العام. وتراوحت اسعار اسود الكربون عام 1981  بين 70 ‏- 84 ‏سنتا / كغ. وتبين الصورة 1-1 نمو سوق اسود الكربون في الولايات المتحدة . وما الهبوط الحالي الا نتيجة للاستخدام الوحيد ، فقط في صناعة اطارات السيارات ، وتجتاز صناعة السيارات الان مرحلة هبوط مما يحد من الطلب على الاطارات ثم ان ظهور السيارات الصغيرة كان يعي صناعة اطارات اصغر وبالتالي طلبا اقل على اسود الكربون . والاطارات القطرية اكثر صمودا من الاطارات القديمة ، ولذلك تناقص الطلب كثيرا على استبدال الاطارات . ادى هبوط الطلب والزيادة الحادة في اسعار خامات التغذية الى اغلاق عدد من المصانع القديمة غير الكفوءة في محاولة للمحافظة على قاعدة مفيدة للمصانع المتبقية .

‏الصورة 1‏-1 ‏. نمو اسواق اسود الكربون في الولايات المتحدة.

‏يجزا اسود الكربون على شكل مسحوق ناعم جدا ، وبصورة اساسية النوع اللا مسامي من المادة الكربونية التي يجري انتاجها بالتحلل الحراري الموجه للبيتروكيماويات . افضل الكربون المستخدم في الاصناف الجديدة من المطاط هي جزيئات كربونية كروية ( تتراوح اقطارها من 17 ‏- 75 ‏نانومترnm ) تندمج مع بعضها على شكل عناقيد العنب. ويتركب كل جزيء من عدة الاف من الحزم البلورية المجهرية التي تتكدس مع بعضها في ترتيب عشوائي ( طبقات تربينية ) . وتتألف كل حزمة من 3 ‏- 5 ‏سطوح او لويحات غرافيتية مجهرية، اهليليجية الشكل ذات محور بطول 1.5 ‏-1 نانومتر ( جز من 10^-10متر) ، تتكدس بطريقة ليست متوازية تماما. والفرجة البينية التي تبلغ 0.348 ‏- 0.356 ‏نانومتر هي اكبر بقليل من الفرجة البينية للغرافيت ( 0.3354 ‏نانومتر ) . ويظن ان حوالي 50 ‏- 80 ‏% من ذرات الكربون في اسود الكربون موجودة على شكل حزم بلورية مجهرية ، والباقي كربون غير منتظم . يتفاعل على سطح الكربون الاكسجين ، والكبريت ، واحيانا عناصر اخرى مع مواضع الهيدروجين للصفيحات العطرية المتعددة النوى، فتشكل مركبات مشابهة عموما لفئات المركبات في الكيمياء العضوية ( حمض الكربوكسيل ( الكربون ) ، و الفينوليات ، والكوينونات ، الخ ) . يكون محتوى الاكسجين في الاصبغة السوداء من افران الزيت والمستخدمة للمطاط اقل من ١ % عادة لكنه اعلى ( 3 ‏- 8 ‏% )   بالنسبة لنماذج اصناف الحبر .

‏الاستخدامات والاقتصاديات :

‏يستخدم حوالي 94 ‏%  ‏من اسود الكربون المحلي في النواتج المطاطية ، وخصوصا الاطارات ( الاجمالي 67% ) ، وكعوب الاحذية heels ‏، وبضائع الية ، حيث يستخدم لتحسين صفات المقاومة بإضفائه خصوصية القساوة . واتاح الفرصة لتكيف المطاط التركيبي ( وخصوصا البوليمر المشترك ستايرين - بوتادين ) SBR ) لإطارات السيارات . عندما تركب اصباغ الحك السوداء من الافران العالية مع SBR " المبلمر على البارد " تنتج اطارات افضل صمودا من الضوابط المركبة مع المطاط الطبيعي والاصبغة السوداء الانبوبية . يتألف مركب المطاط في الاطارات الحديثة من حوالي 35 % ‏من اسود الكربون ، المسؤول عن دور صناعة المطاط باعتبارها ‏المستهلك الرئيسي له . ويقوم حبر الطباعة في معظمه عليه. وفي هذه الحالة يجب ان تكون الاصبغة السوداء غير مضغوطة ، وسهلة الطحن ، وتمتص الزيت بسرعة .ويشكل اسود الصباغ عادة الاصباغ في اللدائن ، والدهانات ، وطلاءات اللك ، وطلاءات المينا السوداء . كانت الاصبغة السوداء المتدرجة التي تستخدم للحبر والدهانات ننتج بصورة حصرية تقريبا بالمعالجة الانبوبية process  channel    لكنها استبدلت على نطاق واسع بأصبغة الافران السوداء ، وخصوصا المؤكسدة كيميائيا او بالهواء . ويستخدم هذا الصبغ حتى في اشرطة الآلات الكاتبة وورق الكربون .