JP2000169748A - カーボンブラック - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】従来二律背反の関係にあり困難とされていた黒
色度と分散性を満足するカーボンブラックを得る。 【解決手段】凝集体の固有楕円離心率が０．７３以上で
あるカーボンブラック。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は充填材料、補強材
料、導電材料及び着色顔料などの種々の用途に用いられ
るカーボンブラックに関するものである。

【０００２】

【従来技術】カーボンブラックは顔料、充填剤、及び補
強用顔料、耐候性改善剤として広く使用されており、そ
の製法は、一般に円筒状のカーボンブラック製造炉の第
１反応帯域に、炉軸方向又は接線方向に酸素含有ガスと
燃料を導入して、これらの燃焼によって得られた高温燃
焼ガス流を、引き続いて炉軸方向に設置された第２反応
帯域に移動させながら、該ガス流中に原料炭化水素を導
入してカーボンブラックを生成させ、第３反応帯域で反
応ガスを急冷して反応を停止させるファーネス式製造法
が広く知られている。

【０００３】樹脂着色剤、塗料において着色剤として使
用されるカーボンブラックは黒度、分散性、光沢、着色
力に優れたものが求められ、また主に自動車用タイヤの
補強剤として使用されるカーボンブラックは耐摩耗性に
優れたものが求められる。カーボンブラック粒子は串に
刺した団子のように粒子同士が融着した状態で存在し、
個々の球状粒子は団子と団子の山と谷を特徴付けている
にすぎないが、これを単一粒子と見なした粒子径は各種
用途における性能、例えば補強性や黒色度などに密接に
関係している。（カーボンブラック便覧第３版、Ｉ．総
括概論 ７頁）。

【０００４】粒子径は、少なくとも１．５〜２ｎｍの分
解能を有する電子顕微鏡により数万倍の写真を撮影し直
接測定して求められる。カーボンブラックの粒子径とい
った場合、通常このようにして測定されるカーボンブラ
ックの粒子径を指すが、この粒子径はそのグレードによ
り１０〜３００ｎｍの範囲にあって、いわゆるエアロゾ
ルやコロイドの領域に属している。カーボンブラックを
黒色顔料として使用した場合の黒度・着色力は、カーボ
ンブラックの粒子径への依存性が大きく、粒子径が小さ
くなるほど高黒度となることが知られている。例えば黒
度と粒子径との関係は特開昭５０−６８９９２号公報に
開示されている。また、このような小粒径のカーボンブ
ラックはタイヤの補強剤として使用された場合には、高
度の耐摩耗性を示すことが知られている。しかしなが
ら、塗料のビヒクル並びに樹脂に配合した場合、小粒子
径化は分散性や流動性の劣化をひきおこす。

【０００５】また、カーボンブラックが使用された時の
製品物性に影響を及ぼす重要な要素として、粒子径とと
もに凝集体がある。凝集体の大きさは、ゴムに配合した
場合の引張応力や押し出し特性、塗料のビヒクル並びに
樹脂に配合した場合の分散性や黒色度、粘度などに多大
な影響を与える。カーボンブラックは最終的には粒子が
何個も連なった凝集体の集合体で構成されており、この
凝集体の大きさや形を制御する事はカーボンブラックの
特性そのものを制御する事につながり、カーボンブラッ
クの応用特性にとっては重要である。凝集体の効果につ
いては、凝集体を単なる粒子とみなしてその大きさや分
布の定量化が行われている。凝集体を粒子として扱うこ
とにより、種々の粒子径測定技術が応用できるようにな
り、こうして測定される凝集体の大きさは凝集体径とし
て表現されている。

【０００６】凝集体径はカーボンブラックの特性に大き
な影響を与え、これまで粒子径に起因すると考えられて
いたカーボンブラックの特性の多くが、むしろ凝集体径
によってより良く説明できる場合のあることが明らかに
なってきた。例えば、着色力などの光学的性質や配合ゴ
ム組成物の動的粘弾性特性や補強性に対しては、凝集体
径が大きな役割を果たしていると考えられ、小凝集体径
のカーボンブラックが、着色剤としての黒度の発揮が著
しく、またゴム組成物とした際の物性にも優れている。
一般に凝集体径を小さくする方法としては、アルカリ金
属塩またはその溶液を原料油に添加したり、燃焼域或い
は反応域に導入する事が行われている。しかしながら、
塗料のビヒクル並びに樹脂に配合した場合、小凝集体径
化もまた分散性や流動性の劣化をひきおこす。

【０００７】一方、カーボンブラックの凝集体について
は、その形態もカーボンブラックの特性をあらわすもの
として認識されている。ＡＳＴＭ Ｄ−３８４９「電子
顕微鏡画像解析からのカーボンブラック一次凝集寸法に
対する標準試験方法」には、カーボンブラックの凝集体
の形態を電子顕微鏡写真から直接画像解析して数値化す
る方法が記載されている。また、５種類のカーボンブラ
ックについて凝集体の形態をフェレー指数を使って球に
近いものから繊維状に近いものまで９種類に分類し、形
態解析を行った例もある（Hess,W.M., Chirico,V.E. an
d Deviney, M.L. : Rubber Chem.Technol.,52,377(197
9) ）。また、最近ではカーボンブラック凝集体のフラ
クタル次元を求めて解析した例もある（C.R.Herd,G.C.M
cDonald 及びW.M.Hess,Rubber Chem and Tech.65,107(1
992)、久枝穣、林慎治、朝熊祐介、青木秀幸、三浦隆
利：第35回燃焼シンポジウム講演論文集、35,717(1997)
）。

【０００８】しかしながら、これらの報告はいずれもカ
ーボンブラックの凝集体の形態そのものを解析し、定量
化したのみであり、例えばカーボンブラックを黒色顔料
として使用した場合の黒度や分散性などの各種２次物性
と凝集体形態の関係については触れられておらず、これ
らはいまだ解明されていない。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】以上説明したように、
カーボンブラックの特性と、樹脂組成物等のカーボンブ
ラック含有組成物の物性との関係に関しては、一般に相
反関係にある黒度と分散性をいかに満足させるかが重要
な課題となっている。さらに、ゴム成分に配合してゴム
組成物とした際の耐磨耗性に優れること、樹脂組成物と
した際の劣化が抑えられることも要求される。その上、
一旦分散したカーボンブラックが再凝集することがあっ
てはならない。本発明は、種々のカーボンブラック含有
組成物を調製した際に、高黒度、良分散性を保ち凝集を
防止することができるカーボンブラックを提供すること
を目的とするものである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、カーボン
ブラックのマトリックス中での分散挙動、黒度に影響す
る因子を解析し、従来に比して、より高黒度で良分散性
を有するカーボンブラックを得るために種々検討した。
その結果、カーボンブラックの凝集体の形態が黒度や分
散性に大きく影響を及ぼす事を見いだした。つまり、カ
ーボンブラックの形態を大きく分けて、球状と直鎖状と
した場合、直鎖状のものであって、より直鎖状の度合い
が大きい新規なカーボンブラックは、小粒子径、小凝集
体径のときに、従来二律背反であると考えられていた高
黒度と良分散性の両方を兼ね備える事を見いだした。

【００１１】凝集体の形態が直鎖状であることは、凝集
体の形態を電子顕微鏡写真から直接画像解析することで
求められる固有楕円離心率を用いて定量化した。この値
が一定値以上のものが、高黒度と良分散性とを兼ね備え
た、優れた物性を発揮する新規なカーボンブラックであ
る。すなわち、本発明は固有楕円離心率が０．７３以上
であるカーボンブラック、さらに平均粒子径も３０ｎｍ
以下であるカーボンブラック、さらにＮ₂ ＳＡも８０ｍ
² ／ｇ以上であるカーボンブラック、さらに凝集体の最
大頻度ストークス相当径Ｄ_mod も１００ｎｍ以下である
カーボンブラック、さらにはこのようなカーボンブラッ
クを含有することを特徴とする樹脂組成物、ゴム組成
物、塗料組成物に存する。

【００１２】カーボンブラック凝集体の固有楕円離心率
は、カーボンブラックの一つの凝集体の形態を一つの楕
円に見立て、その楕円の扁平度を数字で表したものであ
り、この値が０に近いと凝集体の形態が円に近く、１に
近いと線に近くなる事を示す。固有楕円離心率は以下の
ようにして求める。まず、ＡＳＴＭ Ｄ−３８４９「電
子顕微鏡画像解析からのカーボンブラック一次凝集寸法
に対する標準試験方法」に従って、１５万倍で２００ｍ
ｍ×２４０ｍｍの大きさの中にカーボンブラック凝集体
が分散された状態の電子顕微鏡写真を得る。そして、そ
の電子顕微鏡写真を画像解析装置にかけて、それぞれの
凝集体の固有楕円を求める。その固有楕円の長軸長をＬ
ＡＸ、短軸長をＳＡＸとすると、固有楕円離心率ＥＸＣ
は次式で表される。

【００１３】

【数１】

【００１４】ここで、固有楕円とは、図形の重心を中心
として原図形のフーリエ一次成分より作った楕円であ
る。図１に長軸長ＬＡＸのイメージを、図２に短軸長Ｓ
ＡＸのイメージを示す。得られた、凝集体１つ１つに対
する固有楕円離心率を個数平均して、最終的な固有楕円
離心率を求める。発明者らは、従来に比して、より高黒
度で良分散性を有するカーボンブラックを得るために種
々検討し、その結果、カーボンブラック凝集体の固有楕
円離心率が黒度及び分散性に大きく影響を及ぼす事を見
いだした。つまり、凝集体の形態が直鎖状であることを
示す、固有楕円離心率が特定値以上のカーボンブラック
が、従来二律背反であると考えられていた高黒度と良分
散性の両方を兼ね備えている事を見いだした。

【００１５】固有楕円離心率が大きくなると黒度及び分
散性が向上することの理由としては以下のことが考えら
れる。すなわち、粒子径や凝集体径が小さいカーボンブ
ラックは、塗料のビヒクル並びに樹脂等に配合した場
合、表面間引力が強く分散しにくい状態となる。このと
き、固有楕円離心率が小さく、凝集体の形態が球に近い
と、一つの凝集体は、他の凝集体と接触可能な部分が多
いため、表面間引力により凝集体同士がさらに凝集しや
すい状態となる。一方、固有楕円離心率が０．７３以上
で凝集体の形態が直鎖状の形態をしていると、互いの凝
集体同士が接触しても、線状の凝集体が互いの凝集を妨
げ、結果的に凝集体同士が近接しても空隙部分が多くな
り、互いの凝集体があまり近づくことができない。よっ
て、分散性が向上すると考えられる。

【００１６】また、塗料のビヒクル並びに樹脂中で再凝
集することもないため、結果的に凝集体の大きさを小さ
いままに保つ事ができるため黒度も向上すると考えられ
る。この黒度の向上については、小粒子径、小凝集体径
の場合に特に効果を発揮する。すなわち、平均粒子径が
３０ｎｍ以下の場合、あるいはＤ_mod が１００ｎｍ以下
の場合に特に効果を発揮し黒度と分散性との両立という
効果が著しい。なお、本発明における固有楕円離心率
は、上記の測定方法から明らかなように、複数のカーボ
ンブラック凝集体の固有楕円離心率が統計処理されたも
のであり、その値が０．７３以上である本発明のカーボ
ンブラックは従来知られていない新規かつ有用なもので
ある。

【００１７】

【発明の実施の形態】本発明のカーボンブラックにおい
ては、まず凝集体の固有楕円離心率が０．７３以上、好
ましくは０．７５以上のものである。凝集体の固有楕円
離心率が０．７３を下回ると、塗料のビヒクル及び樹脂
等への分散性が充分ではない。さらに、平均粒子径が３
０ｎｍ以下、好ましくは２０ｎｍ以下、さらに好ましく
は１５ｎｍ以下のカーボンブラックを得ることもでき
る。平均粒子径が３０ｎｍを越えると、黒色顔料として
用いた場合の黒度が充分ではない場合がある。さらに、
Ｎ₂ ＳＡが８０ｍ² ／ｇ以上、好ましくは２００ｍ² ／
ｇ以上、さらに好ましくは３００ｍ² ／ｇ以上のカーボ
ンブラックを得ることもできる。Ｎ₂ＳＡが８０ｍ² ／
ｇ未満では、やはり黒色顔料として用いた場合の黒度が
充分ではない場合がある。

【００１８】さらに、Ｄ_mod が８０ｎｍ以下、好ましく
は４０ｎｍ以下のものを得ることもできる。Ｄ_mod が８
０ｎｍを越えると、やはり黒色顔料として用いた場合の
黒度が充分ではない場合がある。本発明のカーボンブラ
ックにおいて、以上説明した凝集体の固有楕円離心率を
特定の範囲とし、同時に平均粒子径やＮ₂ ＳＡ及びＤ
_mod を特定の範囲とすることにより、高い分散性と大幅
に向上した黒度とを共に満足することが最も容易となる
のである。さらに、最大頻度ストークス相当径の半値幅
Ｄ_1/2 と最大頻度ストークス相当径Ｄ_mod の比、Ｄ_1/2
／Ｄ_mod を０．６以下、好ましくは０．５５以下に調整
することにより、極めて黒度に優れたものとなり、しか
も分散性が向上する。

【００１９】さらに好ましくは、本発明の範囲内におい
ては体積７５％径Ｄ₇₅とＤ_mod の比、Ｄ₇₅／Ｄ_mod は好
ましくは１．６以下、特に好ましくは１．３以下であ
る。このものは、分散に悪影響を及ぼす体積７５％径を
越える大凝集体径の含有率が極めて低く抑えられたもの
であり、極めて黒度に優れたものとなる。以上説明した
本発明のカーボンブラックは、黒度・分散性共に優れた
特性を有するものである。より具体的には、分散指数が
１０００以下、ＰＶＣ黒度が２５以上のカーボンブラッ
クとすることができる。これら分散指数及びＰＶＣ黒度
の測定は、後述する実施例において記載するが、この分
散指数が小さいものは塗料化する際に速やかに分散する
ことを示し、ＰＶＣ黒度が高いものが黒度が優れている
ことを示す。

【００２０】これら本発明のカーボンブラックを効率的
に得るには、以下の方法をとることができる。図３に、
本発明で用いることのできるカーボンブラック製造炉の
一例の要部縦断面概略図を示す。炉は長さ方向に、高温
燃焼ガス流を形成させる第１反応帯域１と、得られた高
温燃焼ガス流に原料炭化水素を混合してカーボンブラッ
クを生成させる、チョーク部を有する第２反応帯域２
と、第２反応帯域に引き続いた下流にあり、反応を停止
させる第３反応帯域３とに区分される。各反応帯域のプ
ロセス自体は、基本的には従来技術と同様の方法を採る
ことができる。第１反応帯域では一般に燃焼ノズル５か
ら燃料炭化水素と酸素含有ガスを導入し、高温ガス流を
発生させる。酸素含有ガスとしては一般に空気、酸素ま
たはそれらの混合物が用いられ、燃料炭化水素としては
一般に水素、一酸化炭素、天然ガス、石油ガス並びに重
油等の石油系液体燃料、クレオソート油等の石炭系液体
燃料が使用される。

【００２１】第２反応帯域では第１反応帯域で得られた
高温ガス流に並流又は横方向に設けた原料炭化水素導入
ノズル６から原料炭化水素を噴霧導入し、原料炭化水素
を熱分解させてカーボンブラックに転化させる。原料炭
化水素としては一般にベンゼン、トルエン、キシレン、
ナフタレン、アントラセン等の芳香族炭化水素、クレオ
ソート油、カルボン酸油等の石炭系炭化水素、エチレン
ヘビーエンドオイル、ＦＣＣオイル等の石油系重質油、
アセチレン系不飽和炭化水素、エチレン系炭化水素、ペ
ンタンやヘキサン等の脂肪族飽和炭化水素などが好適に
使用される。第３反応帯域は高温反応ガスを１０００〜
８００℃以下に冷却するため、反応停止流体導入用ノズ
ル７から水等の液体あるいは気体の冷却媒体を噴霧す
る。冷却されたカーボンブラックは、捕集バッグフィル
ター等でガスと分離し回収する等公知の一般的プロセス
をとることができる。尚、図中、８はコントロールバル
ブである。

【００２２】本発明のカーボンブラックを得るには上記
の炉を用いてカーボンブラックを製造するに際し、原料
炭化水素を導入する位置の条件をはじめとする炉内のカ
ーボンブラック生成領域における諸条件を適宜調整する
ことにより好適に行われる。具体的には、原料炭化水素
を導入する部位における燃焼ガス中の酸素濃度は３ｖｏ
ｌ％以下、好ましくは０．０５〜１ｖｏｌ％とするべき
である。意外なことに、原料炭化水素導入位置の酸素濃
度を極力少なくすることにより、このような小粒子径で
あり凝集体径が小さく均一で、且つ大粒径の凝集体が抑
えられたカーボンブラックを歩留まり良く得ることがで
きることを見いだしたのである。

【００２３】従来はファーネス法で得られるファーネス
ブラックは原料炭化水素の一部部分燃焼によって生成す
ると考えられていたため、原料炭化水素導入部位におけ
る燃焼ガス中の残存酸素濃度を５〜１０ｖｏｌ％程度と
し、原料油を一部部分燃焼させていた。発明者らは、極
めて意外なことに、酸素濃度を極少量に抑えることによ
って凝集体分布がシャープで大粒径の凝集体がなく、さ
らに小凝集体径であり小粒子径のカーボンブラックを高
い歩留まりで得ることができることを見いだしたのであ
る。原料炭化水素導入部位における酸素濃度の測定は、
原料炭化水素導入部位における気体を採取し、例えばガ
スクロマトグラフィー測定装置で窒素、酸素、二酸化炭
素、一酸化炭素、水素、メタン、アセチレンを測定する
ことにより求めることができる。なお燃焼で発生する水
は計算には入れない。

【００２４】原料炭化水素を導入する部位の温度は１８
００℃以上が好ましく、より好ましくは１９００℃以
上、さらに好ましくは２０００〜２４００℃が好適であ
る。これにより、小粒子径、小凝集体径及びシャープな
凝集体分布を有するカーボンブラックを容易に得ること
ができる。カーボンブラック凝集体は、原料炭化水素が
熱分解後、縮合し、液滴へ融着後、核となる前駆体が形
成しカーボンブラック粒子が生成、その後粒子の相互の
衝突を経て、融着炭化し生成すると考えられる。この反
応は高温である程速く進み、生成する粒子も小さくな
る。また、炭化速度も速くなるので、粒子同士が衝突し
凝集体となって固まるまでの時間も短くなるので凝集体
も小さくなると考えられる。従って、原料炭化水素を導
入する部位における温度は原料炭化水素が均一に気化、
熱分解するためにさらには小粒子径カーボンブラックを
得るために充分高温であることが望ましく、本発明のカ
ーボンブラックを得るには上記の温度範囲とすることが
好適であるものと考えられる。

【００２５】原料炭化水素を導入する部位の温度を上記
の範囲とするには、例えば第１反応帯域において高温燃
焼ガス流を形成させる際に空気に酸素を添加することが
できる。もちろん、燃焼ガス温度を高める方法は酸素の
添加に限定されず、空気を予熱する等の方法をとること
によっても可能である。なお、炉内の温度は例えば放射
温度計等の手段により確認することができる。第２反応
帯域はチョーク部を有するものである。チョーク部は断
面積が急激に狭くなっている部分である。チョーク部は
５００ｍｍ以上、好ましくは８００〜３０００ｍｍとす
るのが特に望ましい。この範囲で特に、得られるカーボ
ンブラックの凝集体径を特に小さくでき、凝集体の形態
を所望のものにできることを本発明者らは見いだした。

【００２６】なお、ここでチョーク部開始部位であるチ
ョーク部の入口は、流路の最も狭い部分を含み、流路の
縮小する軸方向に対する角度が５°を超える値から５°
以下に変化する部位をいう。一方、チョーク部の終端で
あるチョーク部の出口は、流路の縮小する軸方向に対す
る角度が５°を超える値となる部位をいう。チョークの
直径は１７０ｍｍ以下が好適である。特に好ましくは３
０〜１７０ｍｍ、更に好ましくは５０〜１５０ｍｍであ
る。この範囲で特に凝集体分布がシャープなものを容易
に得ることができる。チョーク内のガス流速は速いほど
良い。原料炭化水素は導入後、燃焼ガスの運動及び熱エ
ネルギーにより微粒化されるが、その時の燃焼ガスの速
度は速い程良く、２５０ｍ／ｓ以上が好ましく、３００
〜５００ｍ／ｓが好適である。この範囲で特に小粒径で
凝集体が小さく粒子径分布の狭いカーボンブラックを容
易に得ることができる。

【００２７】また、原料炭化水素を炉内に均一に分散さ
せるために、原料炭化水素は２個以上のノズルから炉内
に導入する事が好ましい。原料炭化水素の供給位置は、
チョーク部内であってしかもチョーク入り口から燃焼ガ
スの断面平均流速基準で１ｍｓ以内の範囲とすることが
好適である。より好ましくは、０．６ｍｓ以内の範囲と
する。この部位で導入することにより、特に小粒子径で
凝集体径の均一なカーボンブラックを得ることができ
る。これら諸条件の組み合わせにより、小凝集体径で凝
集体分布が極めてシャープであり、また大粒径の凝集体
の発生が抑えられ、しかも小粒子径であるカーボンブラ
ックをファーネス法により歩留まり良く得ることができ
ることを本発明者らは見いだしたのである。

【００２８】以上説明した本発明のカーボンブラックを
含有する塗料組成物、樹脂組成物、ゴム組成物を調製す
ることにより、これら各種の用途で好適な特性を発揮さ
せることができる。以上説明したように本発明のカーボ
ンブラックは各種のビヒクル中での分散性が極めて優れ
ていると同時に非常に高黒度であるため、これら各種の
組成物も極めて優れた特性を有するものとなるのであ
る。このように種々のビヒクルと配合して優れたカーボ
ンブラック含有組成物を得ることのできる本発明のカー
ボンブラックは、今までに存在しなかった新規なもので
あり、例えば上述したような製造方法により容易に得る
ことができるのである。

【００２９】なお、本発明の塗料組成物、本発明の樹脂
組成物及び本発明のゴム組成物を得るには、本発明のカ
ーボンブラックを含有する以外は、公知の各種の方法を
採用して所望の組成物を調製することができる。本発明
のカーボンブラックを含有する樹脂組成物を調製する場
合、適用可能な樹脂も特に限定されず、例えば、各種の
熱可塑性樹脂あるいは熱硬化性樹脂、それらの樹脂の混
合物あるいはフィラー等の各種添加物を加えたものであ
ってもよい。通常、樹脂組成物の調製に用いられるもの
を、目的に応じて適宜選択して用いればよい。これらの
樹脂成分に本発明のカーボンブラックを添加し、必要に
応じて混練する。この際、ゴム混練機として通常使用さ
れているもの、例えばバッチ式開放型としてロールミキ
サー、バッチ式密閉型としてバンバリータイプミキサ
ー、連続スクリュー式として単軸混練押出機、二軸混練
押出機、連続ローター式として単軸混練機、二軸混練機
等を使用することもできる。カーボンブラックの含有量
もまた公知の技術を採用して決定すればよく、一般には
１〜６０重量％が好適である。

【００３０】本発明のカーボンブラックを含有する塗料
組成物を調製する場合、使用するワニスとしては塗料に
用いることのできるものであれば特に限定されず、例え
ば各種の油性塗料、酒精塗料、合成樹脂塗料、水性塗料
に用いられるものを用いればよく、目的とする塗料も特
に限定されず、油ペイント、油エナメル、フェノール樹
脂又はマレイン酸樹脂、アルキド樹脂塗料、アミノアル
キド樹脂塗料、尿素樹脂塗料、酒精塗料、ラッカー、ビ
ニル樹脂塗料、アクリル樹脂塗料、ポリエステル樹脂塗
料、エポキシ樹脂塗料、ポリウレタン樹脂塗料、シリコ
ーン樹脂塗料、エマルジョン樹脂塗料、水溶性樹脂塗料
が挙げられる。しかしながら本発明のカーボンブラック
は上述のように、特に水性塗料組成物を調製した際に凝
集を防止する効果に優れているため、エマルジョン塗
料、水溶性樹脂塗料といった水性塗料組成物の調製に用
いた場合に、特に顕著な高特性を発揮しうるため好適で
ある。カーボンブラックの含有量もまた公知の技術を採
用して決定すればよく、一般には０．１〜１０重量％が
好適である。

【００３１】また、本発明のカーボンブラックを含有す
るゴム組成物の調製には、本発明のカーボンブラックを
天然ゴム及び合成ゴムの一種以上と配合すればよい。こ
の際の配合量は一般に、ゴム１００重量部に対してカー
ボンブラック３０〜１５０重量部が適当である。これに
より、損失係数や発熱量の少ないゴムとすることが可能
である。この際使用されるゴム成分も特に限定されず、
例えば、合成ゴムとしてスチレンブタジエンゴム、ブタ
ジエンゴム、イソプレンゴム、クロロプレンゴム、ニト
リルブタジエンゴム、イソブチレンイソプレンゴム、エ
チレンプロピレンゴム、シリコーンゴム、フッ素ゴム、
クロロスルホン化ポリエチレン、塩素化ポリエチレン、
多硫化ゴム、ウレタンゴム、アクリルゴム、エピクロル
ヒドリンゴム、プロピレンオキシドゴム、エチレン・酢
酸ビニル共重合体、液状ゴム、ポリアルキレンスルフィ
ド、ニトロソゴム等が挙げられ、もちろん天然ゴム、あ
るいはこれら各種の混合物も用いることができる。さら
に必要に応じて各種の添加剤を配合することもできる。
上記ゴム成分に本発明のカーボンブラックを添加し混練
してゴム組成物とする。混練機としては通常ゴムの混練
機として使用されているものでよく、ロールミキサー、
バンバリータイプミキサー、連続スクリュー式あるいは
連続ローター式の単軸混練押出機、二軸混練押出機が挙
げられる。

【００３２】

【実施例】以下、本発明を実施例により更に具体的に説
明する。 （実施例１〜３）図３に示す、空気導入ダクトと燃焼バ
ーナーを備える第１反応帯域、該第１反応帯域に連接さ
れ、周辺から複数の原料ノズルを貫設した内径６０ｍ
ｍ、長さ１０００ｍｍのチョーク部を有する第２反応帯
域、クエンチ装置を備えた内径１００ｍｍ長さ６０００
ｍｍの第３反応帯域を順次結合した構造のカーボンブラ
ック製造炉を設置した。

【００３３】原料ノズルの位置は、チョーク部の入口か
ら１００ｍｍである。上記の炉を用い、原料炭化水素導
入位置における燃焼ガス温度、燃焼ガス酸素濃度、原料
供給量を調整することにより表−１に示す物性を有する
カーボンブラックを製造した。燃料及び、原料炭化水素
としてクレオソート油を使用した。第１反応帯域におけ
る空気導入ダクトから導入される空気には酸素が添加さ
れ、原料炭化水素導入位置における１９００℃以上の高
温雰囲気を保持した。表−１におけるカーボンブラック
の物性の決定には以下の試験方法を用いた。

【００３４】（平均粒子径）電子顕微鏡法による。電子
顕微鏡法とは、以下に示す方法である。カーボンブラッ
クをクロロホルムに投入し２００ＫＨｚの超音波を２０
分間照射し分散させた後、分散試料を支持膜に固定す
る。これを透過型電子顕微鏡で写真撮影し、写真上の直
径と写真の拡大倍率により粒子径を計算する。この操作
を約１５００回にわたって実施し、それらの値の算術平
均により求める。 （Ｎ₂ ＳＡ比表面積）Ｎ₂ ＳＡ比表面積は、ＡＳＴＭ
Ｄ３０３７−８８に従って決定した。

【００３５】（ＳＥＭ比表面積）ＳＥＭ比表面積は、下
記の式より算出した。 ＳＥＭ＝6000／（ρ・dA） ρ：カーボンブラックの比重（1.86g/cm³ として計算） dA：体面積粒子径(nm) （ＤＢＰ）ＤＢＰ吸収数（ＤＢＰ）はＡＳＴＭ Ｄ−２
４１４に従って決定した。

【００３６】（Ｄ_mod 、Ｄ_1/2 ）最大頻度ストークス相
当径（Ｄ_mod ）及びストークス相当径半値幅（Ｄ_1/2 ）
は次のようにして決定した。スピン液として２０％エタ
ノール溶液を用い、遠心沈降式の流度分布測定装置（Ｊ
Ｌオートメーション社製 ＤＣＦ３型）により、ストー
クス相当径を測定し、ストークス相当径対与えられた試
料中の相対的発生頻度のヒストグラム（図４）を作る。
ヒストグラムのピーク（Ａ）から線（Ｂ）を、Ｙ軸に平
行にＸ軸まで引き、ヒストグラムのＸ軸の点（Ｃ）で終
わらせる。点（Ｃ）でのストークス直径が最大頻度スト
ークス相当径Ｄ_mod である。また、得られた線（Ｂ）の
中点（Ｆ）を決定し、その中点（Ｆ）を通りＸ軸に平行
に線（Ｇ）を引く。線（Ｇ）はヒストグラムの分布曲線
と２点Ｄ及びＥで交わる．カーボンブラック粒子の２点
Ｄ及びＥの二つのストークス直径の差の絶対値がストー
クス相当径半値幅Ｄ_1/2値である。

【００３７】（Ｄ₇₅）体積７５％径（Ｄ₇₅）は次のよう
にして決定した。上記最大頻度ストークス径を決定する
方法において、ストークス相当径対試料の相対的発生頻
度のヒストグラム図４からそれぞれのストークス直径と
頻度から体積を求め、ストークス直径対その直径までの
得られた試料の体積総和を表すグラフを作る（図５）。
よって図５中の点（Ａ）は、全試料の体積の総和を表
す。ここで、この体積総和の７５％の値の点（Ｂ）を決
定し、点（Ｂ）よりＸ軸に平衡に曲線と交わる点（Ｃ）
まで線を引く。点（Ｃ）からＹ軸に平衡に線を引き、Ｘ
軸と交わった点（Ｄ）の値が体積７５％径（Ｄ₇₅）であ
る。

【００３８】（ＰＶＣ黒度）ＰＶＣ黒度は、本発明のカ
ーボンブラックをＰＶＣ樹脂に添加、２本ロールにより
分散、シート化し、三菱化学（株）カーボンブラック
「＃４０」、「＃４５」の黒度を各々１点、１０点と基
準値を定め、試料の黒度を視感判定により評価した。

【００３９】（分散指数）分散指数は次の方法により評
価した。ＬＤＰＥ樹脂中の分散状態を観察し、未分散凝
集塊の数をカウントし、この数が多い、すなわち、分散
指数が大きいほど、分散性が悪いと評価した。２５０ｃ
ｃバンバリーミキサーにてＬＤＰＥ樹脂に試料カーボン
ブラックを４０重量％配合し１１５℃、４分混練りす
る。 配合条件 ＬＤＰＥ樹脂 １０１．８９ｇ ステアリン酸カルシウム １．３９ｇ イルガノックス１０１０ ０．８７ｇ 試料カーボンブラック ６９．４３ｇ 次に１２０℃で、２本ロールミルにてカーボンブラック
濃度が１重量％に成るように希釈する。

【００４０】 希釈コンパウンド作成条件 ＬＤＰＥ樹脂 ５８．３ｇ ステアリン酸カルシウム ０．２ｇ カーボンブラック４０％配合樹脂 １．５ｇ スリット幅０．３ｍｍでシート化し、このシートをチッ
プに切断、２４０℃のホットプレート上で６５±３μｍ
のフィルムに成形する。倍率２０倍の光学顕微鏡にて
３．６ｍｍ×４．７ｍｍの視野中の０．２ｍｍ以上の直
径の未分散凝集塊の直径分布を測定し、その総面積を計
算する。この面積を０．３５ｍｍ径の未分散凝集塊の面
積を基準に、総面積を基準面積で割り、基準粒子の個数
とし計算する。これを１６視野以上観察し、平均値を分
散指数とする。

【００４１】（比較例１〜４）実施例で用いたカーボン
ブラック製造炉を用い、原料炭化水素導入位置における
燃焼ガス温度、反応停止位置、カリウム添加量、チョー
ク内ガス流速の調整により表−１に示す比較例１の物性
を有するカーボンブラックを得た。また、比較例２〜４
は、市販のカーボンブラックの物性を示した。

【００４２】

【表１】

【００４３】各実施例と各比較例とを比べると、実施例
は黒度が２５点以上の範囲で分散指数が１０００以下と
なっており、比較例と比べて同等の黒度において分散性
が優れている。これは比較例は固有楕円離心率が本発明
で規定する範囲を外れているためと考えられる。

【００４４】

【発明の効果】本発明のカーボンブラックは、樹脂着色
剤、塗料等において黒色顔料として使用したときに、従
来二律背反の関係にあり困難とされていた黒色度と分散
性を満足することができる。しかも、樹脂組成物とした
際の劣化防止、ゴム組成物とした際の耐磨耗性、さらに
は塗料組成物とした際の凝集防止効果にも優れ、安全性
も高いものである。従って、樹脂着色剤、塗料、ゴム組
成物の調製において非常に有用なものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】固有楕円のイメージ及び固有楕円長軸長を示す
図。

【図２】固有楕円のイメージ及び固有楕円短軸長を示す
図。

【図３】本発明のカーボンブラックの製造に用いること
のできる製造炉の一例を示す要部縦断面概略図

【図４】最大頻度ストークス相当径（Ｄ_mod ）及びスト
ークス相当径半値幅（Ｄ_1/2 ）の求め方を示す図

【図５】体積７５％径（Ｄ₇₅）の求め方を示す図

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 飛永 勝 四日市市東邦町１番地 三菱化学株式会社 四日市事業所内 Ｆターム(参考） 4J002 AC011 AC031 AC061 AC071 AC081 AC091 BB061 BB151 BB181 BB241 BB271 BD121 BG041 CC031 CC161 CF011 CH021 CH041 CK021 CN011 CN021 CP031 DA036 GH01 4J037 AA02 BB15 BB30 BB37 DD05 DD07 DD30 FF05 FF09 FF15 4J038 EA011 HA026 MA14

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】凝集体の固有楕円離心率が０．７３以上で
   あるカーボンブラック。
2. 【請求項２】平均粒子径が３０ｎｍ以下である、請求項
   １に記載のカーボンブラック。
3. 【請求項３】Ｎ₂ ＳＡが８０ｍ² ／ｇ以上である、請求
   項１または２に記載のカーボンブラック。
4. 【請求項４】Ｄ_mod が１００ｎｍ以下である、請求項１
   〜３のいずれかに記載のカーボンブラック。
5. 【請求項５】Ｄ_1/2 ／Ｄ_mod の比が０．６以下である請
   求項１〜４のいずれかに記載のカーボンブラック。
6. 【請求項６】Ｄ₇₅／Ｄ_mod が１．６以下である請求項１
   〜５のいずれかに記載のカーボンブラック。
7. 【請求項７】分散指数が１０００以下、ＰＶＣ黒度が２
   ５以上のカーボンブラック。
8. 【請求項８】請求項１〜７のいずれかに記載のカーボン
   ブラックを含有することを特徴とする塗料組成物。
9. 【請求項９】請求項１〜７のいずれかに記載のカーボン
   ブラックを含有することを特徴とする樹脂組成物。
10. 【請求項１０】請求項１〜７のいずれかに記載のカーボ
    ンブラックを含有することを特徴とするゴム組成物。