JP2001311019A - 有機基を有するカーボンブラック、その製法及びその使用 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 有機基を有するカーボンブラック及びその製
法 【解決手段】 有機基が少なくとも１個のスルフィド−
及び／又はポリスルフィド橋を介してカーボンブラック
と結合している有機基を有するカーボンブラック。カー
ボンブラックと一般式Ｒ−Ｓ_ｙ−Ｒの化合物とを反応さ
せることにより本発明のカーボンブラックは製造され
る。 【効果】 本発明によるカーボンブラックは、填料、Ｕ
Ｖ−安定剤、導電性カーボンブラック及び顔料として使
用することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、カーボンブラッ
ク、その製法及びその使用に関する。

【０００２】

【従来の技術】１級アミンを介して得られるジアゾニウ
ム基を用いて有機基をカーボンブラックと結合させる方
法で、有機基を有するカーボンブラックを提供すること
は公知である（ＷＯ９６／１８６８８）。

【０００３】この公知法は、次の欠点を有する： ＊ ジアゾニウム塩を用いる変性はもっぱら水相中で行
なわれる。水の高い蒸発エンタルピーに基づき、引き続
き必要である乾燥は多大なエネルギーを消費し、従って
高いコストに結びつく。

【０００４】＊ 特有の変性試薬と共に、ｐＨ値の調節
のためにもっぱら付加的な酸を使用しなければならな
い。この酸は、カーボンブラックに結合されず、カーボ
ンブラック中の不純物であるか又は精製工程により除去
しなければならない。

【０００５】＊ ジアゾ化の実施のために、酸性媒体中
の亜硝酸塩の使用が必要である。この場合に有毒な窒素
酸化物が生じることがありうる ＊ 同様にジアゾ化のために使用可能な非イオン性有機
ニトライトは、部分的に有毒であり、かつ容易に燃焼可
能である。ニトライトの残基（反対イオン、アルキル
基）は、結合せずに不純物としてカーボンブラック中に
残る。

【０００６】Kautschuk Gummi Kunststoffe 10, 681-6
87 (1999) から、ラジカル形成剤としてのＤＣＰの使用
下で、脂肪酸とカーボンブラックとのラジカル反応によ
り得られる変性されたカーボンブラックが公知である。

【０００７】更に、下記に示すようなラジカル形成剤に
より製造される、化学的に結合した官能基を有するカー
ボンブラックが公知である： ・ ペルオキシド性ポリマー（特開平（ＪＰ）１１−３
３５６０３）、 ・ アゾ基含有ポリマー（特開平１１−３３５６０
２）、 ・ Ａ１−Ｏ−Ｏ−Ａ２（Ａ１、Ａ２＝ヒドロカルビ
ル、アリール、ヘテロ環）（特開平１１−３３５５８
７）、 ・ Ａ１−ＯＣＯＯ−Ａ２（特開平１１−３３５５８
６）、 ・ ジアシルペルオキシド（特開平１１−３３５６０
１）、 ・ ペルオキシジカーボネート誘導体を用いる酸化（特
開平１１−３２３１７９）、 ・ アゾニトリル化合物（特開平１１−３２３１７
６）、 ・ アゾ化合物（特開平１１−３２３２２９）、 ・ ヒドロペルオキシド（特開平１１−３２３２２
２）、 ・ テトラオキサシクロヘキサン（特開平１１−３２３
１８０）、 ・ 次亜硝酸の化合物（特開平１１−３２３１７８）お
よび ・ アジド化合物（特開平１１−３２３１７７）。

【０００８】ＥＰ ０５６９５０３から、ジアゾニウム
塩の電気化学的還元により芳香族基を有する炭素含有物
質を表面変性する方法が公知である。

【０００９】アジド−、アゾ−又はペルオキシド化合物
の欠点は、低い貯蔵安定性、易分解性及びそれに伴う困
難な取り扱い性である。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、有機
基を有するカーボンブラックを提供することであり、こ
の際、本発明によるカーボンブラックは、酸、塩及び類
似の化合物で不純化されておらず、このカーボンブラッ
クは、高いエネルギー消費で乾燥する必要はなく、変性
時に有害な廃ガスを生ぜず、容易に除去可能な溶剤を必
要としないか又は少量必要とするだけであり、溶剤無し
でこの変性が可能であり、この変性剤は貯蔵安定であ
り、良好な取り扱い性を有する。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明の目的物は、有機
基が少なくとも１個のスルフィド−及び／又はポリスル
フィド橋を介してカーボンブラックと結合していること
を特徴とする有機基を有するカーボンブラックである。

【００１２】有機基を有するこのカーボンブラックは、
次式を有することができる： カーボンブラック−Ｓ_ｘ−Ｒ ［式中、Ｒは、アルキル、Ｙで官能化されたアルキル、
ポリマー、環状有機基、アリール、Ｙで官能化されたア
リールＡｒＹ_ｎ（ここで、ｎ＝１〜５である）であり、
Ｙは−ＯＨ、−ＳＨ、−ＳＯ_３Ｈ、−ＳＯ_３Ｍ、−Ｂ
（ＯＨ）_２、−Ｏ（ＣＨ_２−ＣＨ_２−Ｏ）_ｎ−Ｈ、−Ｃ
ＯＯＨ、−ＣＯＯＭ、−ＮＨ_２、−ＮＲ^２ _２、−Ｎ
（（ＣＨ_２−ＣＨ_２−Ｏ）_ｎＨ）_２、−ＣＯＮ（（ＣＨ
_２−ＣＨ_２−Ｏ） _ｎＨ）_２、トリアルコキシシリル、ペ
ルフルオロアルキル、Ｒ^２、−ＮＨ_３ ^＋、−Ｎ
Ｒ^２ _３ ^＋、−ＳＯ_２−ＮＲ^２ _２、−ＮＯ_２、−Ｃｌ、−
ＣＯ−ＮＲ^２ _２、−ＳＳ−、−ＳＣＮであり、Ｒ^２は脂
肪族基、例えばアルカン、アルケン、アルコール、エー
テル、アルデヒド、ケトン、カルボン酸又は炭化水素、
環状有機基、例えば脂環式炭化水素、置換又は非置換
の、分枝又は非分枝の脂肪族又は環状部分を有する有機
化合物、発色団基又は染料であり、ｘ＝１〜８、有利に
１である］。

【００１３】環状有機基は、シクロアルキル、シクロア
ルケニル、ヘテロ環式基、例えばピロリジニル−、ピロ
リニル−、ピペリジニル又はモルホリニル、アリール
基、例えばフェニル、ナフチル又はアントラセニル、並
びにヘテロアリール基、例えばイミダゾリル、ピラゾリ
ル、ピリジニル、チエニル、チアゾリル、フリール又は
インドリルであってよい。

【００１４】有利な１実施形では、有機基は珪素を含有
することはできない。

【００１５】カーボンブラックとしては、ファーネスブ
ラック、ガスブラック、チャンネルブラック、フレーム
ブラック、サーマルブラック、アセチレンブラック、プ
ラズマブラック、ＤＥ １９５２１５６５から公知のイ
ンバ−シヨンブラック、ＷＯ９８／４５３６１又はＤＥ
１９６１３７９６から公知のＳｉ−含有カーボンブラッ
ク又はＷＯ９８／４２７７８から公知の金属含有カーボ
ンブラック、アークブラック(Lichtbogenruss)および化
学的製造プロセスの副産物であるカーボンブラックを使
用することができる。このカーボンブラックは前置され
た反応により活性化することができる。

【００１６】ゴム混合物中で強化填料として使用される
カーボンブラックを使用することができる。

【００１７】ピグメントブラックを使用することができ
る。

【００１８】更なるカーボンブラックは、次のものであ
ってよい：導電性カーボンブラック、ＵＶ−安定化用カ
ーボンブラック、ゴム以外の系、例えばビチューメン、
プラスチック中の填料としてのカーボンブラック、冶金
学における還元剤としてのカーボンブラック。

【００１９】本発明のもう一つの目的物は、一般式：Ｒ
−Ｓ_ｙ−Ｒ（ここで、ｙ＝２〜１０である）の有機化合
物とカーボンブラックとの反応により得られることを特
徴とする有機基を有するカーボンブラックである。

【００２０】始めに施与された基は、引き続く反応によ
り更に変性することができる。

【００２１】本発明のもう一つの目的は、本発明による
カーボンブラックの製法であり、これは、カーボンブラ
ックと一般式Ｒ−Ｓ_ｙ−Ｒ（ここで、ｙ＝２〜１０であ
り、Ｒは前記のものであり、Ｒは同一又は異なるもので
あってよい）の化合物とを反応させることを特徴とす
る。

【００２２】一般式Ｒ−Ｓ_ｙ−Ｒの化合物として、ラジ
カル分解可能な結合を有する化合物を使用することがで
きる。

【００２３】この際、この発見された反応原理は親水性
の導入も親油性基の導入も許すので、これらの基Ｒは、
潜在的な使用分野のために特別あつらえることができ
る。これらの基は、イオン性、ポリマー性又は他の反応
のために反応性であってもよい。

【００２４】有利な１実施形では、有機基Ｒは珪素を含
有することはできない。

【００２５】一般式Ｒ−Ｓ_ｙ−Ｒを有する化合物は、混
入により又はスプレーによってカーボンブラック上に施
与することができる。一般式Ｒ−Ｓ_ｙ−Ｒを有する化合
物は、粉末、融液又は溶液として施与することができ
る。特に、カーボンブラック製造の間にこの化合物を施
与するのが有利であり、この際、この化合物の添加は、
必要な温度を有する場所で行われる。

【００２６】カーボンブラックの変性のための反応は、
有利に、溶剤無しで又は溶剤中で、有利には易揮発性有
機溶剤中で実施することができる。

【００２７】カーボンブラックの変性のための反応は、
熱処理により行うことができる。

【００２８】カーボンブラックの変性のための反応は、
０〜３００℃、有利に１５０〜２５０℃の温度で実施す
ることができる。

【００２９】有機基を有する本発明によるカーボンブラ
ックは、填料、強化填料、ＵＶ−安定剤、導電性ブラッ
クとしても、顔料としてゴム、プラスチック、印刷イン
キ、インキ、インジェクト−インキ、ラッカー、染料、
ビチューメン、コンクリート、他の建材及び紙中でも使
用することができる。更に、本発明によるカーボンブラ
ックは冶金学で還元剤として使用することができる。

【００３０】本発明によるカーボンブラックは次の利点
を有する： − 極性変性されたカーボンブラック（例えば−ＳＯ_３
−基を有する）は、極性系、有利に水中に良好に分散可
能である、 − 非極性変性されたカーボンブラック（例えばアルキ
ル基を有する）は、非極性系、例えば油中に良好に分散
可能である、 − 極性又は立体遮断性基を有する適当に変性されたカ
ーボンブラックは、その系中で静電気的又は立体的に安
定化される、 − 変性されたカーボンブラックは分散液中で良好に安
定化されており、良好な彩色特性、例えば色濃度及び青
味性（Blaustichigkeit)を有する、 − 更なる反応性置換基を有するカーボンブラックは、
系（例えばゴム）中でカップリング及び架橋のために利
用できる、 − 反応性に変性されたカーボンブラックは、ポリマー
へのこのカーボンブラックの結合を可能とする。

【００３１】本発明による方法の利点は、出発化合物の
良好な貯蔵安定性及びその簡単な取り扱い性である。

【００３２】この場合に、副産物、塩、酸及び水分の少
ない本発明によるカーボンブラックを製造することがで
きる。

【００３３】

【実施例】式Ｉ：

【００３４】

【化１】

【００３５】のジスルフィド２０ｇを、微細に分配し
て、水溶液として、ピグメントブラックＦＷ１ １００
ｇ上に施与し、溶剤を除去する。引き続く固体反応を、
１８０℃又は２５０℃の炉温度で５時間実施する。収率
は９０％（１８０℃で）及び９５％（２５０℃で）であ
る。

【００３６】ピグメントブラックＦＷ１は、Degussa Hu
els社の市販製品である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｃ０９Ｄ 11/00 Ｃ０９Ｄ 11/00 (72)発明者 トーマス リュートゲ ドイツ連邦共和国 ロイナ ホッカーガッ セ １ (72)発明者 カール フォーゲル ドイツ連邦共和国 アルツェナウ−ミヒェ ルバッハ アム ミッテルバッハ ９

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 有機基を有するカーボンブラックにおい
   て、この有機基は少なくとも１個のスルフィド−及び／
   又はポリスルフィド橋を介してカーボンブラックと結合
   していることを特徴とする、有機基を有するカーボンブ
   ラック。
2. 【請求項２】 式： カーボンブラック−Ｓ_ｘ−Ｒ ［式中、Ｒはアルキル、Ｙで官能化されたアルキル、ポ
   リマー、環状有機基、アリール、Ｙで官能化されたアリ
   ールＡｒＹ_ｎ（ここで、ｎ＝１〜５である）であり、Ｙ
   は−ＯＨ、−ＳＨ、−ＳＯ_３Ｈ、−ＳＯ_３Ｍ、−Ｂ（Ｏ
   Ｈ）_２、−Ｏ（ＣＨ_２−ＣＨ_２−Ｏ）_ｎ−Ｈ、−ＣＯＯ
   Ｈ、−ＣＯＯＭ、−ＮＨ_２、−ＮＲ^２ _２、−Ｎ（（ＣＨ
   _２−ＣＨ_２−Ｏ）_ｎＨ）_２、−ＣＯＮ（（ＣＨ_２−ＣＨ
   _２−Ｏ）_ｎＨ）_２、トリアルコキシシリル、ペルフルオ
   ロアルキル、Ｒ^２、−ＮＨ_３ ^＋、−ＮＲ^２ _３ ^＋、−ＳＯ
   _２−ＮＲ^２ _２、−ＮＯ_２、−Ｃｌ、−ＣＯ−ＮＲ^２ _２、
   −ＳＳ−、−ＳＣＮであり、Ｒ^２は脂肪族基、環状有機
   基、置換又は非置換の、分枝又は非分枝の脂肪族又は環
   状部分を有する有機化合物、発色団基又は染料であり、
   ｘ＝１〜８である］を有することを特徴とする、請求項
   １に記載の有機基を有するカーボンブラック。
3. 【請求項３】 一般式 Ｒ−Ｓ_ｙ−Ｒ （ここで、ｙ＝
   ２〜１０であり、Ｒは前記のものを表す）の有機化合物
   とカーボンブラックとの反応により得られることを特徴
   とする、有機基を有するカーボンブラック。
4. 【請求項４】 カーボンブラックと一般式 Ｒ−Ｓ_ｙ−
   Ｒ（ここで、ｙ＝２〜１０であり、Ｒは前記のものを表
   し、かつＲは同じでも異なっていてもよい）の化合物を
   反応させることを特徴とする、請求項１から３までのい
   ずれか１項に記載のカーボンブラックの製法。
5. 【請求項５】 溶剤中で又は溶剤なしで変性を実施す
   る、請求項４に記載のカーボンブラックの製法。
6. 【請求項６】 ゴム、インキ、染料、インキジェット−
   インキ、印刷インキ、ラッカー、コンクリート、プラス
   チック、建材、紙及びビチューメン中での填料、強化填
   料、導電性カーボンブラック、顔料及びＵＶ−安定剤と
   しての、請求項１から３までのいずれか１項に記載のカ
   ーボンブラックの使用。