Karbon elementinin yarı kristalleşmiş hali olup kararlı bir kristal yapıya sahip olmayan şekilsiz (amorf yapılı) çok kabarık ince taneciklerden meydana gelir. Yüksek yüzey alanına sahip parakristalin bir karbon modifikasyonudur. Yağ-gaz vb. bir çok hidrokarbon yakıtların, kısıtlı hava ile eksik yanması sonucu oluşur. Çok geniş yüzey alanına sahiptir. İçinde az miktarda oksijen, hidrojen ve azot bulunur.
Karbon siyahı ilk olarak Çin ve Mısır uygarlıklarında kandillerde eksik yanma ile üretildi ve Hint mürekkebinin siyah pigmentini sağlamayı amaçladı. Yağ lambası gibi aletlerde alevin soğuk bir yüzeye tutulması ile “is” oluşturuldu. Bu “is” kazınarak toz halinde toplandı. Daha sonra reçine ve yağlarla karıştırmak sureti ile mürekkep elde edildi. Kağıt üretim yöntemlerinin geliştiği ikinci yüzyılda karbon siyahı üretimi bir tür küçük ev endüstrisi haline geldi. Daha sonra 1892 de kanal prosesi ile 1947 de yağ fırını yöntemiyle üretildi ve endüstride yaygın olarak kullanılmaya başlandı.
1904 yılında İngiltere’de Mote, Mathews tarafından yapılan araştırmalar sonucunda karbon siyahının lastik ömrünü uzattığı ve lastik takviyesi için olağanüstü nitelikler gösterdiği tespit edildi. Lastiğe çok yüksek direnç verdiği anlaşıldı. Böylece 1910 yılından itibaren lastik üretiminde karbon siyahı kullanılmaya başlandı.
Karbon siyahının kurumdan farkı; daha yüksek yüzey alanı/hacim oranına sahip olması ve daha az polisiklik aromatik hidrokarbon (PAH) içermesidir.
(Karbon siyahının mikroskop altındaki görüntüsü.)
Çeşitli üretim yöntemleri sonucu farklı standartlarda karbon siyahı türleri ortaya çıkar. Yine üretim metoduna bağlı olarak farklı “Karbon Partikül” boyutlarına, “Agrega” boyutuna ve “Aglomera” boyutuna sahip karbon siyahları oluşur. Bu 3 boyut karbon siyahının ana özellik ve karakteristiklerini belirlemektedir. Karbon partikül boyutları 10 nm’ den 500 nm’ ye kadar değişmektedir.
(Karbon partikülü, partiküllerden meydana gelen Agrega yapısı ve Agreların da birbirine bağlanmasıyla oluşan Aglomera yapısı ve boyutları)
Karbon siyahından bahsederken en önemli parametre karbon partikül boyutu denilebilir. Partiküllerin bir araya gelerek oluşturduğu agrega boyutu da diğer önemli parametrelerden biridir. Üstte resimde karbon siyahın oluşturduğu Agrega yapısının mikroskop görüntüsü, sağda ise resmedilmiş hali mevcuttur. Görüldüğü gibi karbon tanecikleri bir araya gelerek bir yapı oluşturmuştur. Dolayısıyla “High Structure Carbon Black” denildiği zaman kastedilen uzun yapılı karbon zinciridir. Bu zincir yapıya Agrega denir. Agrega'lar Van der Walls bağlarıyla bir araya gelerek Aglomeraları oluşturur.
(Görüldüğü gibi düşük yapılı karbon siyahında yüksek yapılı karbon siyahına göre daha çok tanecik mevcuttur ve boşluk daha azdır. Aynı zamanda tanecikler birbirine daha yakındır.)
Bir karbon siyahının polimerin içinde iyi şekilde dispersiyonu (dağılımı) için High Structure yapı avantaj sağlamaktır. Boşluklu yapı High Structure Karbon Siyahında daha fazla olduğundan polimer eriyiği karbon siyahı içerisine daha rahat teneffüs edecektir.
(Ürün içinde karbon siyahının dağılımı.(Sağdaki resimde homojen dağılım görülmektedir.)
Homojen olarak dağılmış karbon içeren boruların gerilme testinde heterojen yapıya göre %80 daha fazla kopma dayanımına sahip olduğu ölçülmüştür.
Karbon siyahının güçlendirme özelliği, aşınma dayanımı, boyama gücü, renk tonu, ultraviyole dayanımı, ısı dayanımı, dispersiyon kabiliyeti, sertliği, iletkenliği vb. önemli özellikleri yukarıda belirtilen 3 boyuta bağlıdır.
Her türlü kauçuk ve lastik üretim sanayi gereksinimlerine cevap verebilecek karbon siyahını çeşitli sınıflarda üretebilmek karbon siyahı üretim sektörünün en önemli zorluklarından biridir. Karbon siyahının üretim metodu ve kullanılan malzeme; ortaya çıkan karbon siyahının partikül boyutunu, agrega ve aglomera uzunluklarını etkilemektedir.