دوده

در دوران ماقبل تاریخ، از مواد کربنی به‌عنوان رنگدانه‌های سیاه برای نقاشی استفاده می‌شده است و به طور سنتی با سوختن مواد آلی مانند چوب یا استخوان تولید می‌شدند. همچنین تمدن‌های باستانی چین و مصر از دوده مخلوط با مواد زیست‌پایه برای نوشتن استفاده می‌کردند. این دوده با قرار دادن شعله‌ ی چراغ روغنی گیاهی روی یک سطح خنک به دست می‌آمد و این روش خود پیش‌زمینه‌ ی تولید "دوده چراغ" شناخته می‌شود.
در دوران یونانی-رومی ، مقادیر زیادی از کربن بلک برای ساخت جوهرها و رنگ‌های دیواری استفاده می‌شد. روش اصلی تولید کربن بلک، فرآیند دوده چراغ بود، اما این بار از رزین درختان کاج به عنوان ماده اولیه جدید نیز استفاده می شد. دوده چراغ و نمونه های مهندسی امروزه کربن بلک ، علیرغم ارتباط تاریخی آن ها، تفاوت های قابل توجهی از نظر ترکیب شیمیایی و خواص فیزیکی با یکدیگر دارند. امروزه، کربن بلک‌ها از ۹۵% تا ۹۹% کربن خالص (۱۲C) به شکل ذرات کلوئیدی با نسبت سطح به حجم بالا تشکیل شده‌اند.

رشد صنعت کربن بلک نوآوری آقای اس.سی. موت در دهه ۱۹۱۰ است . همچنین چارلز گودیر، مخترع فرآیند ولکانیزاسیون در آمریکا، استفاده از کربن بلک به عنوان رنگ‌دانه در لاستیک را در دهه ۱۸۴۰ کشف کرد. اما تاریخ نشان می‌دهد، تنها در دهه ۱۹۱۰ مقاومت سایشی لاستیک طبیعی تقویت‌شده با کربن بلک توسط آقای اس.سی. موت انگلیسی گزارش شد که از اکسیدهای معدنی (مانند ZnO یا PbO)، که پرکننده‌های نیمه‌تقویت‌کننده اولیه در آن زمان بودند، پیشی گرفت. از ان موقع به بعد صنعت کربن بلک رشد قابل‌توجهی داشت، در دهه ۱۹۲۰ از کربن بلک تنها در ۴۰% تولیدات صنعت لاستیک استفاده می‌شد، در حالی که این مقدار یک قرن بعد به رقم شگفت‌آور ۹۰% رسید.
در نیمه اول قرن بیستم، دوده های کانالی به دلیل فراوانی و ارزانی گاز طبیعی ، عمدتاً در ایالات متحده تولید می‌شدند. در مقابل، اروپا روش‌های جایگزین را بررسی کرد و در سال ۱۹۳۴ فرآیند تولید دوده گازی در آلمان توسط دگوسا (پیشرو شرکت Orion Engineered Carbons) توسعه یافت.
فرآیند دوده گازی، مشابه فرآیند تولید دوده های کانالی، بر اساس تجزیه ترمو-اکسیداتیو اما از روغن بخار شده، عمدتاً تقطیرهای قطران زغال سنگ استفاده می‌کند. در دهه ۱۹۴۰، شرکت فیلیپس پترولیوم فرآیند کوره نفت سوز (oil furnace process) را معرفی کرد و اولین کربن بلک نیمه‌تقویت‌کننده با نام FEF (N۵۵۰) را تولید کرد. این نوآوری امکان تنظیم هر دو پارامتر حیاتی در تولید کربن بلک، یعنی اندازه ذرات و ساختار را فراهم کرد. از دهه ۱۹۶۰، فرآیند کوره نفت سوز (oil furnace process) که کارایی بیشتری دارد، گسترش پیدا کرد و امروزه بیش از ۹۸% تولید جهانی کربن بلک را تشکیل می‌دهد.

ذرات اولیه (Primary Particles): این ذرات کروی‌شکل بوده و اندازه آن‌ها بین ۱۰ تا ۱۰۰ نانومتر متغیر است.
تجمع‌ها (Aggregates): ذرات اولیه با پیوندهای شیمیایی به یکدیگر متصل شده و ساختارهای پیچیده‌تری به نام تجمع‌ها را با اندازه‌ای بین ۵۰ تا ۵۰۰ نانومتر تشکیل می‌دهند.
تجمع‌های بزرگتر (Agglomerates): تجمع‌ها از طریق نیروهای واندروالسی به هم متصل شده و ساختارهای بزرگ‌تری را ایجاد می‌کنند که در نهایت به شکل پودر یا دانه‌های ۱ تا ۲ میلی‌متری در کربن سیاه تجاری مشاهده می‌شوند.
این ساختارهای تجمعی تأثیر زیادی بر ویژگی‌های فیزیکی و شیمیایی کربن بلک دارند و بر کاربردهای مختلف آن تأثیر می‌گذارند. به‌عنوان مثال، اندازه و پیچیدگی ساختار تجمع‌ها می‌تواند بر ویژگی‌هایی مانند رسانایی الکتریکی، جذب اشعه ماوراء بنفش و توانایی پراکندگی رنگ تأثیر بگذارد. در نتیجه، درک ساختار تجمعی کربن بلک برای بهینه‌سازی کاربردهای آن در صنایع مختلف ضروری است.

مساحت سطح بالا: اندازه ذرات ریز و ساختار متخلخل کربن بلک یا دوده منجر به سطح ویژه بالایی می‌شود که در کاربردهایی مانند رنگ‌دهی و تقویت مواد مؤثر است.
رنگ و شفافیت: کربن بلک به دلیل محتوای کربن بالا، رنگ سیاه عمیقی دارد و به علت اندازه ذرات ریز و خواص پراکندگی نور، کدورت بالایی نشان می‌دهد که در کاربردهایی با نیاز به شدت رنگ و پوشش مناسب است.
رسانایی حرارتی و الکتریکی: برخی گریدهای کربن بلک یا دوده رسانایی حرارتی و الکتریکی بالایی دارند که آن‌ها را برای استفاده در صنایع الکترونیک و موادی که نیاز به اتلاف حرارت کارآمد دارند، مناسب می‌سازد.
خواص تقویتی: دوده به‌عنوان پرکننده تقویت‌کننده در ترکیبات لاستیکی استفاده می‌شود و خواص مکانیکی مانند استحکام کششی، مقاومت در برابر پارگی و سایش را بهبود می‌بخشد.

دوده صنعتی ( carbon black ) یکی از مهم‌ترین مواد تقویت‌کننده در صنعت لاستیک‌سازی است که بسته به ساختار ، در گریدهای مختلفی دسته‌بندی می‌شود.
گریدهای N-۳۲۶ , N-۵۳۹ , N-۳۷۵ , N-۳۴۷ , N-۶۶۰, N-۲۲۰ , N-۵۵۰ , N-۳۳۹ , N-۹۹۰ , N-۳۳۰ دوده با توجه به مقاومت سایشی، ساختار (Low، Medium و High Structure)، تولید حرارت، و استحکام کششی برای کاربردهای متنوعی از جمله تایر، کابل، لوله، و محصولات لاستیکی مکانیکی طراحی شده‌اند.
در ادامه با ویژگی ها و خصوصیات برخی از گریدهای دوده اشنا می شویم.

همین حالا در سایت ثبت نام کنید و محصولات خود را به
شبکه گسترده خریداران قطعات لاستیکی در سراسر کشور معرفی کنید.

دوده صنعتی (کربن بلک) عمدتاً از طریق احتراق ناقص هیدروکربن‌ها در حضور اکسیژن و تحت شرایط کنترل‌شده تولید می‌شود.
پنج فرآیند اصلی در این زمینه عبارت‌اند از:
 فرآیند دوده چراغ (Lamp Black): قدیمی‌ترین روش تولید دوده صنعتی که در آن هیدروکربن‌های مایع در یک تشت چدنی سوزانده شده و دوده‌ی حاصل جمع‌آوری می‌شود.
این فرآیند در سال‌های اخیر به دلیل مشکلات زیست‌محیطی و هزینه‌های بالا به‌ندرت مورد استفاده قرار می‌گیرد.
فرآیند دوده کانالی (Channel Black): توسعه‌یافته در دهه ۱۸۷۰ در ایالات متحده، با استفاده از گاز طبیعی، شعله‌های آتش گاز طبیعی در زیر کانال‌های آب شعله‌ور شده و موجب تولید ذرات دوده می‌شوند. این ذرات بر روی جداره کانال‌ها جمع شده و توسط تراش‌دهنده‌های مکانیکی جدا می‌گردند. در نهایت، دوده با کمک توری‌های ریز تصفیه شده و سنگ‌ریزه‌ها جدا می‌شوند. این فرآیند به دلیل هزینه‌های بالا و مشکلات زیست‌محیطی دیگر استفاده نمی‌شود.
فرآیند دوده گازی (Gas Black): توسعه‌یافته در دهه ۱۹۳۰ در آلمان توسط شرکت دگوسا، و برگرفته از فرآیند دوده کانالی است. در این روش از تقطیر قطران ذغال سنگ به‌عنوان ماده اولیه استفاده می‌شود.
یکی از مزیت‌های اصلی این فرآیند، تمیزکاری مداوم دستگاه‌ها در محیط خلأ است که باعث کاهش آسیب‌های زیست‌محیطی و افزایش بازدهی اقتصادی می‌شود. در این روش، روغن به‌عنوان جایگزین گاز اولیه عمل می‌کند و در یک بخارساز به‌طور مرتب گرم می‌شود. بخارات حاصل به لوله گاز منتقل شده و در آنجا با شعله‌های داغ می‌سوزند. کربن بلک یا دوده تولیدشده بر روی غلتک رسوب کرده و به‌عنوان محصول نهایی جمع‌آوری می‌شود.
فرآیند دوده کوره‌ای (Furnace Black): توسعه‌یافته در دهه ۱۹۴۰ در ایالات متحده، یکی از پیشرفته‌ترین و پراستفاده‌ترین روش‌های تولید دوده صنعتی، فرآیند کوره‌ای سیاه است. در این روش از هیدروکربن‌های مایع به‌عنوان ماده اولیه استفاده شده و این مواد با گاز اکسیژن می‌سوزند. احتراق ایجادشده منجر به تولید ذرات کربن بلک می‌شود. پس از تشکیل این ذرات، فرآیند با استفاده از آب به‌منظور خاموش‌سازی، خنک و قابل استفاده می‌شود. گاز حاوی کربن بلک از مبدل حرارتی عبور داده می‌شود تا بیشتر خنک شود و در نهایت در خشک‌کن‌های دوار خشک شده و به‌صورت پودر متراکم درمی‌آید. این محصول به‌عنوان دوده صنعتی در صنایع مختلف به کار گرفته می‌شود.
فرآیند MMM Black: یکی از روش های تولید دوده صنعتی که در دهه ۱۹۸۰ در بلژیک،توسعه‌یافته.
جزئیات این فرآیند کمتر شناخته شده است.

روش دوم تولید دوده صنعتی، تجزیه حرارتی هیدروکربن‌ها در غیاب اکسیژن است.
دو فرآیند تجاری اصلی در این زمینه عبارت‌اند از:
فرآیند دوده استیلنی (Acetylene Black): توسعه‌یافته در دهه ۱۹۲۰ در آلمان، که در آن گاز استیلن در دماهای بالا تجزیه شده و دوده با خلوص بالا تولید می‌شود.
فرآیند دوده حرارتی (Thermal Black): توسعه‌یافته در دهه ۱۹۳۰ در ایالات متحده، که در آن گاز طبیعی یا نفت در دماهای بالا تجزیه شده و دوده تولید می‌شود.
هر یک از این فرآیندها دوده‌هایی با ویژگی‌ها و کاربردهای خاص در صنایع مختلف تولید می‌کنند.

دوده صنعتی، ماده‌ای حیاتی در تولید تایر، لاستیک و پلاستیک است.ارزش بازار جهانی این محصول در سال‌های اخیر حدود ۲۲.۷۹ میلیارد دلار برآورد شده و پیش‌بینی می‌شود با نرخ رشد سالانه ۵.۷۸٪ طی پنج سال آینده به ۳۰.۱۵ میلیارد دلار برسد.
 تولید جهانی: ظرفیت اسمی تولید دوده صنعتی در جهان حدود ۱۷.۵ میلیون تن است که تولید واقعی به ۱۵.۴ میلیون تن می‌رسد. منطقه آسیا-اقیانوسیه با سهم ۶۴٪ بزرگ‌ترین تولیدکننده این محصول است.
کاربردها: بیش از ۹۰٪ دوده صنعتی در تولید تایر و محصولات لاستیکی استفاده می‌شود. این ماده حدود ۲۵ تا ۳۰ درصد وزن تایر را تشکیل می‌دهد و به‌عنوان فیلر در ساخت لاستیک به کار می‌رود.

تولید داخلی دوده:
در ایران، چهار شرکت اصلی تولیدکننده دوده صنعتی عبارت‌اند از:
شرکت کربن ایران (شکربن): با سابقه‌ای چند دهه در تولید کربن بلک و دوده، یکی از معتبرترین تولیدکنندگان این محصول در ایران است.
شرکت دوده صنعتی پارس (شدوص): تأسیس در سال ۱۳۶۳ و آغاز تولید در سال ۱۳۷۳ با ظرفیت اسمی ۱۵ هزار تن در سال که اکنون به ۳۰ هزار تن در سال رسیده است.
شرکت صنعتی دوده فام (شصدف): به‌عنوان چهارمین کارخانه تولیدکننده دوده صنعتی در ایران در سال ۱۳۹۱ به بهره‌برداری رسید و با بهره‌گیری از فناوری نوین، بزرگ‌ترین تولیدکننده و صادرکننده دوده صنعتی در کشور محسوب می‌شود.
شرکت کربن سیمرغ: یکی دیگر از تولیدکنندگان دوده صنعتی در ایران است که در بورس پذیرفته نشده است. 

بازار داخلی: با توجه به اینکه تولید دوده در ایران با تکنولوژی‌های پایین‌تری صورت می‌گیرد، کیفیت دوده ایران نسبت به سایر رقبا در جهان پایین‌تر است؛ از این رو، نرخ فروش صادراتی دوده کشور از نرخ جهانی و حتی نرخ فروش داخلی آن پایین‌تر است. قیمت‌گذاری: قیمت دوده صنعتی در ایران تحت تأثیر عواملی مانند قیمت مواد اولیه (روغن اکستراکت)، نرخ ارز و تقاضای صنایع پایین‌دستی نظیر تایرسازی و پلاستیک‌سازی قرار دارد.
کاهش قیمت مواد اولیه و افزایش نرخ فروش دوده در سال‌های اخیر، وضعیت بنیادی مطلوبی برای این صنعت فراهم کرده است.