Ruß

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Ruß (von ahd. ruos, dunkel-, schmutzfarben) ist ein schwarzer, zu 80 - 99,5 % aus Kohlenstoff bestehender pulverförmiger Feststoff.

Ruß ist ein wichtiges technisches Produkt (Industrieruß, englisch carbon black), das durch unvollständige Verbrennung oder Pyrolyse von Kohlenwasserstoffen in großen Mengen hergestellt wird.

Ruß kann aber auch als unerwünschtes Produkt bei Verbrennungsvorgängen auftreten und enthält dann meist an seiner Oberfläche adsorbierte ölige Bestandteile und Pyrolyseprodukte. Dieser Ruß (englisch soot) hat im Tierversuch ein Krebs auslösendes Potenzial, verstärkt durch die häufig anwesenden polyzyklischen Aromaten. (siehe auch: Dieselruß, Rußzahl)

Herstellung

Das wichtigste (weltweit 98%) Herstellungsverfahren für Industrieruß ist der Furnace-Prozess.

Bei diesem Verfahren wird in einer Brennkammer (engl. furnace) ein Heißgas von 1200 bis 1800 °C durch Erdgas- oder Ölverbrennung erzeugt. In dieses Heißgas wird dann ein Rußrohstoff, meist aromatenreiche kohle- und erdölstämmige Ruß-Öle, eingedüst. Durch unvollkommene Verbrennung und thermische Spaltung (Pyrolyse) des Rußrohstoffs wird dabei der Ruß gebildet. Nach einer bestimmten Verweilzeit wird das Prozessgasgemisch durch Wassereindüsung schlagartig abgekühlt (Quenching) und der Ruß wird in Schlauchfiltern abgetrennt. Die Brennkammern werden ganzjährig durchgehend ("7 mal 24") im Schichtbetrieb gefahren.

Daneben gibt es noch das Flammruß-, Gasruß-, Acetylenruß- und Thermalrußverfahren.

Eigenschaften

Je nach ihrem Anwendungsgebiet besitzen Ruße spezielle Eigenschaftsprofile, die durch die Art des Herstellverfahrens und durch Variation der Prozessparameter gezielt beeinflusst werden können.

Ruß besteht aus kleinsten, meist kugelförmigen Teilchen, die auch Primärpartikel genannt werden. Diese haben meisst eine Größe von 10 nm – 1 µm. Sie sind somit mehr als 1.000 Mal kleiner als der Durchmesser eines Haars. Diese Primärpartikel sind zu kettenförmigen Aggregaten zusammengewachsen, sogenannten Nanoteilchen. Viele dieser Aggregate bilden zusammen die Agglomerate. Durch Variation der Herstellbedingungen können sowohl die Größe der Primärteilchen als auch deren Aggregierung gezielt eingestellt werden.

Bei diesen Dimensionen ist es nicht mehr nur die chemische Zusammensetzung allein, sondern auch die Größe und Form der Partikel, die die Eigenschaften bestimmen. Optische, elektrische und magnetische Eigenschaften, aber auch Härte, Zähigkeit oder Schmelzpunkt von Nanomaterialien unterscheiden sich deutlich von denen der makroskopischen Festkörper. (siehe auch Nanowerkstoffe). In vielen Fällen werden deshalb geeignete Nachbehandlungen des Rußes durchgeführt. Beispielsweise werden Ruße mit erhöhter elektrischer Leitfähigkeit (sog. Leitruß oder Leitfähigkeitsruß) durch eine nachträgliche Oxidation des Basisrußes hergestellt.

Die spezifische Oberfläche dieser Rußpartikel beträgt etwa 10-1000 m²/g. Durch die Nanostrukturierung ist es gelungen, die drei wichtigsten Kenngrößen von Autoreifen (Rollwiderstand, Nassrutschfestigkeit und Abrieb) gezielt zu optimieren. Industrieruß ist heutzutage ein Hightechwerkstoff.

Für Autoreifen gibt es ungefähr 40 verschiedene Rußtypen, die dem Gummi jeweils spezifische Eigenschaften vermitteln. International üblich ist die Klassifizierung von Standardrußen nach der US-amerikanischen ASTM-Norm. Im Bereich der GUS-Staaten ist auch die abweichende GOST-Norm gebräuchlich.

Verwendung

Industrie-Ruß wird zu über 90% als Füllstoff in der Gummiindustrie (hauptsächlich Autoreifen) verwendet. Außerdem wird er als Schwarz-Pigment für Druckfarben, Tuschen, Lacke, zur Einfärbung von Kunststoffen (insbesondere als UV-Schutz), sowie in der Elektroindustrie eingesetzt. Ein kleinerer Teil wird in der Elektroindustrie als Leitfähigkeitsruß und als Elektrodenmaterial verwendet.