미국 뉴욕주에서 최근 제안된 2년 내 카본 블랙 판매 금지 법안을 다룹니다. 이 법안에는 카본 블랙이란 무엇인지, 왜 사용을 제한해야 하는지, 인쇄 및 기타 산업에서의 사용, 생산 방식, 환경에 미치는 잠재적 영향, 그리고 대체재의 실현 가능성에 대한 내용이 포함됩니다.
시간이 흐르면서 사람들은 각자의 기술 수준과 지리적 자원 조건에 따라 다양한 카본 블랙 생산 방법을 개발해 왔습니다. 현재 가장 효율적이고 널리 사용되는 공정은 용광로 블랙 공정이지만, 다른 공정들에 대해서도 논의해 보겠습니다.
용광로 흑색 공정
이 공정은 석유와 천연가스에서 추출한 탄화수소를 원료로 사용하여 전 세계 카본 블랙의 대부분을 생산합니다. 원료는 열분해를 위해 반응기에 주입됩니다. 그러나 온도와 산소가 제어된 환경에서 원료는 부분적으로만 연소됩니다. 이러한 제어된 반응을 통해 카본 블랙 입자가 생성되고 수집됩니다. 오늘날의 반응기 시스템에서는 안료 생성 시 표면 처리를 적용하여 특정 용도(예: 안료 분산 및 잉크 제조)의 성능을 향상시킬 수 있습니다.
카본 블랙은 10~80nm 크기의 입자들이 응집된 분말 형태입니다. 가공의 용이성을 위해 분말을 압축하여 입자 형태로 만들 수 있습니다. 표면 처리 외에도 공정 조건을 조절하여 구조 및 표면적과 같은 특성을 제어할 수 있습니다.

촉매 열분해
열분해 카본 블랙 공정은 불활성 조건 하에서 예열로에 천연가스를 주입하는 것으로 시작됩니다. 그러면 가스가 분해되어 카본 블랙과 수소 가스가 생성됩니다. 혐기성 조건 하에서 생성된 카본 블랙은 서서히 형성되며, 일반적으로 매우 순수한 입자를 얻습니다. 하지만 용광로에서 생산되는 카본 블랙에 비해 입자 크기가 크고 구조가 불량합니다. 이 공정은 두 개의 용광로를 사용합니다. 한쪽 용광로를 예열하는 동안 다른 쪽 용광로에서는 천연가스를 분해하여 카본 블랙을 생산합니다. 분해 과정에서 생성된 수소 가스는 두 번째 용광로를 예열하는 데 사용되어 다음 배치의 제품을 생산하는 데 활용될 수 있습니다.

가스 블랙 공정(데구사 공정)
가스 블랙 공정은 유럽에서 석탄 타르 분획을 이용하여 개발되었습니다. 오일을 가열하여 증발시킨 후, 순수한 증발 오일을 수소가 풍부한 운반 가스를 통해 연소실로 이송합니다. 산소의 존재로 인해 생성된 카본 블랙 표면은 산소 작용기로 구성된 높은 기능성을 갖게 됩니다. 이 공정을 통해 고순도, 미세 입자의 카본 블랙을 생산할 수 있습니다. 퍼니스 블랙과 마찬가지로, 가스 블랙의 특성은 잉크 및 코팅에 이상적인 소재로 만들어줍니다.

과거에 사용되었던 카본 블랙 생산 방식으로는 램프 블랙, 그루브 블랙, 아세틸렌 블랙 등이 있습니다. 직접 카본 블랙을 만들고 싶다면 아주 간단합니다. 촛불 위에, 하지만 주황색 불꽃 안쪽에 찬물이 담긴 냄비를 올려놓으세요. 그러면 타버린 왁스 일부가 냄비 바닥에 카본 블랙 형태로 가라앉을 것입니다. 기본적으로 촛불을 켜거나, 바비큐를 하거나, 향을 피우거나, 모기를 쫓기 위해 레몬그라스 향초를 사용하는 것 모두 카본 블랙을 만드는 과정입니다.

규제 문제
카본 블랙 관련 규제 문제를 논할 때, 가장 먼저 중요한 구분을 해야 합니다. 여기서 말하는 카본 블랙은 안료로서의 건조 분말 형태를 의미하는 것인지, 아니면 건조된 잉크 필름에 함유된 카본 블랙을 의미하는 것인지 명확히 해야 합니다. 먼저 잉크 제조업체들이 공급받는 분말 형태의 카본 블랙을 살펴보겠습니다.
건강 위험
카본 블랙의 가장 큰 숨겨진 위험은 취급이 부적절할 경우 분진 폭발이 발생할 수 있다는 점입니다. 발생되는 분진 농도가 세제곱미터당 50그램을 초과하면 점화원이 있는 경우 폭발이나 연소 위험이 있습니다. 적절한 관리를 통해 화재 발생원을 철저히 제거하면 이러한 위험을 최소화할 수 있습니다.
두 번째 문제는 흡입입니다. 카본 블랙 안료 입자는 매우 작아서 덮지 않으면 쉽게 퍼져 나갑니다. 카본 블랙 분진을 단기간 흡입하면 자극과 상기도 불편감을 유발할 수 있으며, 기침이나 천명과 같은 호흡 곤란을 일으킬 수 있습니다. 하지만 급성 접촉이 생명을 위협할 수 있다는 증거는 없습니다.
동물에게 탄소흑을 장기간 흡입시키면 폐 과부하 및 염증이 발생할 수 있습니다. 염증은 유전독성 효과를 유발할 수 있지만, 탄소흑 자체는 돌연변이 유발 물질로 간주되지 않습니다. 또한, 이러한 결과는 흡입 연구에서 나타난 다른 불용성 무기 입자에 대한 연구 결과와 유사합니다. 탄소흑 및 기타 불용성 입자에 장기간 노출되면 폐활량이 감소할 수 있으므로, 탄소흑 분말을 사용할 때는 항상 개인 보호 장비(PPE)를 착용하고 적절한 직업 위생 수칙을 준수하는 것이 좋습니다.
카본 블랙은 눈이나 피부에 자극을 주지 않습니다. 하지만 물리적인 자극을 유발할 수 있으며, 다른 분말과 마찬가지로 피부를 건조하게 만들 수 있습니다.
국제암연구기관(IARC)은 카본 블랙 분말을 2B급 발암물질로 분류합니다. 국제카본블랙협회는 이러한 분류의 근거가 실험용 쥐가 용해도가 낮은 입자를 고용량으로 흡입할 경우 특히 민감하게 반응한다는 점이라고 주장합니다. 카본 블랙과 인간의 폐암 사이의 연관성을 입증할 만한 충분한 증거는 없습니다. 비영리 단체인 미국산업위생학회(ACGIH)는 카본 블랙이 동물에게는 발암물질임이 확인되었지만, 인간과의 연관성은 아직 불분명하다고 결론지었습니다.
카본 블랙이 잉크나 페인트에 배합되면 불용성 입자로 사용될 때 발생하는 모든 위험이 제거됩니다. 이는 중요한 차이점인데, 상원 법안은 이를 간과하고 카본 블랙을 독성 물질로 잘못 지칭하고 있습니다. NAPIM의 규제 및 기술 담당 이사인 조지 푹스는 "우리는 이 문제에 대해 매우 우려하고 있으며, 여러 산업 및 기업 단체와 협력하여 이 경솔하고 비생산적인 법안에 반대하고 있습니다."라고 밝혔습니다.
환경적 영향
1,500만 톤 이상의 카본 블랙 생산 과정에서 2,900만~7,900만 톤의 이산화탄소가 배출될 것으로 추산됩니다. 천연가스 대신 수소를 사용하면 탄소 배출량을 19%까지 줄일 수 있습니다. 그 외에도 일산화탄소 배출과 같은 환경적 영향도 발생할 수 있습니다.

앞서 논의했듯이, 카본 블랙 안료는 주로 석유 분획물로 만들어집니다. 카본 블랙은 타이어와 같은 폐기물에서 생산되며, 일부 기업은 현재 재생 가능한 자원을 활용하여 카본 블랙을 생산하고 있습니다. 리빙 잉크(Living Ink)는 탄소 네거티브 공정을 통해 바이오매스 폐기물에서 카본 블랙을 생산합니다. 이 회사는 스크린 인쇄 잉크, 오프셋 인쇄 잉크, 플렉소그래픽 인쇄 잉크의 생산 공정을 개선했습니다. 가까운 미래에는 잉크젯 인쇄용 제품도 출시될 것으로 예상됩니다. 기존 카본 블랙과 마찬가지로 바이오매스 유래 카본 블랙 안료는 혐기성 환경에서 연소시켜 생산됩니다. 하지만 안타깝게도 이러한 재생 가능한 형태의 카본 블랙 또한 일부 주에서 발의된 법안에 의해 금지될 가능성이 있습니다.

저희 제품에 대해 문의하시거나 가격 문의를 원하시면 이메일을 보내주세요.

우리를: lemsun002@126.com.