최근 미국 뉴욕주가 제안한 법안에는 카본블랙이 무엇인지, 왜 사용을 제한해야 하는지, 인쇄 및 기타 산업에서의 사용, 카본블랙이 어떻게 사용되는지 등을 포함한 2년 내 카본블랙 판매를 금지하는 법안이 발의됐다. 생산, 환경에 대한 잠재적 영향, 대안의 타당성.
시간이 지남에 따라 사람들은 기술 수준과 지리적 자원 조건에 따라 다양한 카본 블랙 생산 방법을 개발해 왔습니다. 퍼니스 블랙 공정은 현재 가장 효율적이고 널리 사용되는 공정이지만, 다른 공정에 대해서도 논의하겠습니다.
퍼니스 블랙 프로세스
이 공정에서는 석유와 천연가스에서 나오는 탄화수소를 원료로 사용하여 전 세계 카본블랙의 대부분을 생산합니다. 열분해를 위해 원료가 반응기에 주입됩니다. 그러나 온도와 산소가 제어되는 환경에서는 부분적으로만 연소됩니다. 이 제어된 반응에서 카본 블랙 입자가 생성되고 수집됩니다. 오늘날의 반응기 시스템에서는 특정 용도(즉, 안료 분산 및 잉크 제조)의 성능을 향상시키기 위해 안료를 생성할 때 표면 처리를 적용할 수 있습니다.
카본 블랙은 1차 입자 크기가 10~80nm 범위인 분말 형태의 응집체입니다. 가공의 용이성을 위해 분말을 입자로 압축할 수 있습니다. 표면 처리 수정 외에도 공정 조건을 수정하여 구조, 표면적 등의 특성을 제어할 수도 있습니다.

촉매 열분해
열 분해 카본 블랙 공정에서는 불활성 조건에서 천연 가스를 예열로로 펌핑해야 합니다. 그런 다음 가스는 카본 블랙과 수소 가스로 분해됩니다. 혐기성 조건에서 생성된 카본 블랙은 천천히 형성되며 생성된 입자는 일반적으로 매우 순수합니다. 퍼니스 블랙에 비해 입자 크기가 크고 구조가 좋지 않습니다. 이 공정에서는 한 쌍의 용광로를 사용합니다. 한 용광로가 예열되면 다른 용광로는 천연가스를 카본 블랙으로 분해합니다. 분해 공정 중에 생성된 수소 가스는 이 불연속 공정에서 다음 제품 배치를 생산하기 위해 두 번째 용광로를 예열하는 데 사용될 수 있습니다.

가스 블랙 공정(Degussa 공정)
가스 블랙 공정은 콜타르 분획을 사용하여 유럽에서 개발되었습니다. 오일은 증발할 때까지 가열됩니다. 순수한 증발 오일은 수소가 풍부한 운반 가스를 통해 연소실로 운반됩니다. 산소가 존재하기 때문에 생성된 카본 블랙 표면은 산소 작용기로 구성된 높은 수준의 기능성을 갖습니다. 이 공정을 통해 고순도, 작은 입자 크기의 카본블랙을 생산할 수 있습니다. 퍼니스 블랙과 마찬가지로 가스 블랙의 특성으로 인해 잉크 및 코팅에 이상적인 선택입니다.

카본 블랙을 생산하는 다른 역사적 공정으로는 램프 블랙, 그루브 블랙, 아세틸렌 블랙 공정이 있습니다. 카본블랙을 직접 생산하고 싶다면 방법은 매우 간단합니다. 양초 위에 차가운 물이 담긴 냄비를 놓으십시오. 주황색 ​​불꽃 안에 넣으십시오. 냄비 바닥에 카본 블랙 형태로 탄 왁스의 일부가 포착됩니다. 기본적으로 촛불을 켜거나 바비큐를 하거나 향을 피우거나 레몬그라스 양초를 사용하여 모기를 퇴치하면 차콜블랙을 만드는 것입니다.

규제 문제
카본블랙과 관련된 규제 문제에 관해 이야기할 때 첫 번째 단계는 중요한 구별을 하는 것입니다. 건식 분말 카본 블랙을 안료로 말하는 건가요, 아니면 건식 잉크 필름에 존재하는 카본 블랙을 말하는 건가요? 먼저 잉크 제조사들이 입고하는 분말형 카본블랙을 살펴보겠습니다.
건강상의 위험
카본 블랙의 가장 큰 숨겨진 위험은 제대로 처리하지 않으면 분진 폭발이 발생할 수 있다는 것입니다. 생성된 먼지 농도가 입방미터당 50g을 초과하면 발화원이 있는 곳에서 폭발이나 연소의 위험이 있습니다. 관리가 잘 이루어지고 화재 원인을 주의 깊게 제거한다면 이러한 위험을 최소화할 수 있습니다.
두 번째 문제는 흡입입니다. 카본블랙 안료의 입자는 매우 작으며 코팅되지 않은 경우 확산되기 쉽습니다. 카본 블랙 먼지를 단기간 흡입하면 자극과 상부 호흡기 불편을 유발할 수 있습니다. 이로 인해 기침과 천명음이 발생할 수 있습니다. 그러나 급성 접촉이 생명을 위협할 수 있다는 증거는 없습니다.
동물에게 카본블랙을 장기간 흡입하면 폐 과부하 및 염증이 발생할 수 있습니다. 염증이 유전독성 영향을 미칠 수 있지만, 카본 블랙 자체는 돌연변이 유발성으로 간주되지 않습니다. 또한 이러한 결과는 흡입 연구에서 불용성 무기 입자에 대한 다른 연구와 유사합니다. 카본 블랙 및 기타 불용성 입자에 장기간 노출되면 폐활량이 감소하므로, 카본 블랙 분말을 사용할 때는 항상 개인 보호 장비(PPE)를 착용하고 좋은 직업 건강 습관을 유지하는 것이 좋습니다.
카본블랙은 눈이나 피부를 자극하지 않습니다. 그러나 기계적 자극을 유발할 수 있으며 다른 분말과 마찬가지로 카본 블랙도 피부를 건조시킬 수 있습니다.
국제암연구소(IARC)는 카본블랙분말을 2B급 발암물질로 분류합니다. 국제 카본 블랙 협회(International Carbon Black Association)는 실험실 쥐가 고용량의 저용해도 입자를 흡입하는 데 특히 민감하기 때문에 이 분류의 기초가 있다고 믿습니다. 카본 블랙과 인간 폐암 사이의 연관성을 입증할 증거가 충분하지 않습니다. 비영리 미국 정부산업위생사협회(ACGIH)는 카본블랙이 동물 발암물질로 확인됐다는 결론을 내렸지만 인간과의 연관성은 아직 불분명합니다.
카본 블랙이 잉크나 페인트로 제조되면 불용성 입자로 사용과 관련된 모든 위험이 제거됩니다. 이것이 중요한 차이점인데, 상원 법안에서는 카본블랙을 독성물질로 잘못 언급하면서 이를 간과하고 있는 것 같습니다. NAPIM의 규제 업무 및 기술 이사인 George Fuchs는 "우리는 이 문제에 대해 매우 우려하고 있으며 이러한 무분별하고 비생산적인 법안에 반대하기 위해 여러 산업 및 비즈니스 조직과 힘을 합쳤습니다."라고 말했습니다.
환경 영향
1,500만 톤 이상의 카본 블랙을 생산하는 동안 2,900만~7,900만 톤의 이산화탄소가 배출될 것으로 추산됩니다. 천연가스 대신 수소를 사용하면 탄소발자국을 19% 줄일 수 있다. 기타 잠재적인 환경 영향에는 일산화탄소 방출이 포함됩니다.

우리가 논의한 바와 같이, 카본 블랙 안료는 주로 석유 분획으로 만들어집니다. 카본블랙은 타이어 등 폐기물로부터 생산되며, 일부 기업에서는 현재 재생 가능한 자원을 활용하여 카본블랙을 생산하고 있습니다. 리빙잉크는 카본 네거티브 공정을 통해 바이오매스 폐기물로부터 카본블랙을 생산합니다. 그들은 스크린 인쇄 잉크, 오프셋 인쇄 잉크 및 플렉소그래픽 인쇄 잉크의 생산 공정을 개선했습니다. 가까운 미래에는 잉크젯급 제품을 보게 될 것 같습니다. 전통적인 카본 블랙과 마찬가지로 바이오매스 유래 카본 블랙 안료는 혐기성 환경에서 연소되어 생성됩니다. 불행하게도 이러한 재생 가능한 형태의 카본 블랙 역시 제안된 주 법률에 의해 금지됩니다.

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