JP2603084B2 - 強磁性カーボンブラックの製造方法 - Google Patents
強磁性カーボンブラックの製造方法Info
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- JP2603084B2 JP2603084B2 JP62251699A JP25169987A JP2603084B2 JP 2603084 B2 JP2603084 B2 JP 2603084B2 JP 62251699 A JP62251699 A JP 62251699A JP 25169987 A JP25169987 A JP 25169987A JP 2603084 B2 JP2603084 B2 JP 2603084B2
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、カーボンブラックと磁性金属微粒子が均一
に複合し、とくに強磁性を有する磁性カーボンブラック
の製造方法に関する。
に複合し、とくに強磁性を有する磁性カーボンブラック
の製造方法に関する。
カーボンブラックは、ゴム補強用充填材として、タイ
ヤおよび各種工業用ゴム製品をはじめ、印刷インキ、塗
料等の顔料、プラスチックの着色材や機能材等の分野で
広く使用されている。
ヤおよび各種工業用ゴム製品をはじめ、印刷インキ、塗
料等の顔料、プラスチックの着色材や機能材等の分野で
広く使用されている。
カーボンブラックは炭素質から成り、導電性を有して
いるので、ゴムやプラスチック等の導電用充填材として
も用いられているが、磁気的性能は元来有していない。
そこで、これらカーボンブラックに磁気的性能を付与す
ることができれば、複合化したゴムやプラスチックに、
カーボンブラック固有の補強性、着色性、導電性等の諸
機能に磁気的機能が加わり、磁性ゴムや磁性プラスチッ
ク等の機能素材として、電子工業、機械工業、化学工業
等の分野において有用されることが期待される。また、
インキ、顔料等の分野においてもカーボンブラック本来
の黒色度や分散性を損なうことなく、磁性インキ、磁性
顔料、電子コピー用トナー、磁性記録媒体等の用途に有
用視される。
いるので、ゴムやプラスチック等の導電用充填材として
も用いられているが、磁気的性能は元来有していない。
そこで、これらカーボンブラックに磁気的性能を付与す
ることができれば、複合化したゴムやプラスチックに、
カーボンブラック固有の補強性、着色性、導電性等の諸
機能に磁気的機能が加わり、磁性ゴムや磁性プラスチッ
ク等の機能素材として、電子工業、機械工業、化学工業
等の分野において有用されることが期待される。また、
インキ、顔料等の分野においてもカーボンブラック本来
の黒色度や分散性を損なうことなく、磁性インキ、磁性
顔料、電子コピー用トナー、磁性記録媒体等の用途に有
用視される。
カーボンブラックは、粒子径に対応して多様な品種が
あり、一般的には平均粒子径が10〜200nmの球状粒子が
融着および二次的に凝集した鎖状構造から成っている。
また、粒子径の分布も平均粒子径に応じてそれぞれ広い
巾をもっており、更にカーボンブラックの密度は約1.8
で金属の密度とは大きく異なっている。したがってカー
ボンブラックと磁性金属微粒子とを二次的に混合する方
法では、均質かつ高度にミクロ分散させることが困難で
あり、またゴム、プラスチック、インキ、塗料等のマト
リックス物質にカーボンブラックと磁性金属微粒子を加
えて混合する方法も混合過程において分離等が生じ易
く、安定に均質高分散させることが難しい。更に、単に
機械的に混合分散した状態では磁性金属微粒子はカーボ
ンブラックに固定化されていないために、安定な磁気的
性能を付与することができない。
あり、一般的には平均粒子径が10〜200nmの球状粒子が
融着および二次的に凝集した鎖状構造から成っている。
また、粒子径の分布も平均粒子径に応じてそれぞれ広い
巾をもっており、更にカーボンブラックの密度は約1.8
で金属の密度とは大きく異なっている。したがってカー
ボンブラックと磁性金属微粒子とを二次的に混合する方
法では、均質かつ高度にミクロ分散させることが困難で
あり、またゴム、プラスチック、インキ、塗料等のマト
リックス物質にカーボンブラックと磁性金属微粒子を加
えて混合する方法も混合過程において分離等が生じ易
く、安定に均質高分散させることが難しい。更に、単に
機械的に混合分散した状態では磁性金属微粒子はカーボ
ンブラックに固定化されていないために、安定な磁気的
性能を付与することができない。
本出願人は、これらの観点から、磁性金属微粒子をカ
ーボンブラック粒子の組織内部に捕捉し、安定に固定化
する方法として磁性遷移金属化合物をカーボンブラック
生成反応炉に噴射注入する方法を提案した（特願昭62−
37886、特願昭62−199906）。これらの方法で得られる
磁性カーボンブラックは、磁性金属の微粒子がカーボン
ブラック粒子の組織内部に高度に分散固定化されて、均
一な複合粒子を形成し、優れた磁気性能を発揮する。
ーボンブラック粒子の組織内部に捕捉し、安定に固定化
する方法として磁性遷移金属化合物をカーボンブラック
生成反応炉に噴射注入する方法を提案した（特願昭62−
37886、特願昭62−199906）。これらの方法で得られる
磁性カーボンブラックは、磁性金属の微粒子がカーボン
ブラック粒子の組織内部に高度に分散固定化されて、均
一な複合粒子を形成し、優れた磁気性能を発揮する。
しかしながらこの磁性金属微粒子は、カーボンブラッ
ク生成過程において炭化水素原料の熱分解で生成する
O2，CO2,CO,H2Oなどの影響を受けて、酸化物の形態をと
り易い。例えば、磁性遷移金属化合物として鉄化合物を
使用すると、γ−Fe2O3やFe3O4の微粒子としてカーボン
ブラックのアグリゲート粒子中に複合化され易い。した
がって、磁性微粒子中の金属状態の鉄（α−Fe）の含有
量は相対的に少なくなり、高透磁率材料などに要求され
る高度の磁束密度を付与することが困難となる。
ク生成過程において炭化水素原料の熱分解で生成する
O2，CO2,CO,H2Oなどの影響を受けて、酸化物の形態をと
り易い。例えば、磁性遷移金属化合物として鉄化合物を
使用すると、γ−Fe2O3やFe3O4の微粒子としてカーボン
ブラックのアグリゲート粒子中に複合化され易い。した
がって、磁性微粒子中の金属状態の鉄（α−Fe）の含有
量は相対的に少なくなり、高透磁率材料などに要求され
る高度の磁束密度を付与することが困難となる。
本発明は、これらの問題点を解消して、安定に強磁性
を示す磁性カーボンブラックの製造方法を提供するもの
である。
を示す磁性カーボンブラックの製造方法を提供するもの
である。
〔問題点を解決するための手段〕 すなわち、本発明の強磁性カーボンブラックの製造方
法は、反応炉頭部の燃焼室で、燃料を燃焼させて高温燃
焼ガス流を形成し、この高温燃焼ガス流中に炭化水素原
料を噴霧導入して熱分解反応させることによりカーボン
ブラックを生成させ、次いでカーボンブラック含有高温
ガス流中に水を噴霧して冷却した後カーボンブラックを
分離捕集するカーボンブラックの製造方法において、高
温燃焼ガス流の上流域および下流域の２つの位置から炭
化水素原料を噴霧導入し、炭化水素原料を噴霧導入する
上流位置と下流位置の中間位置から磁性遷移金属化合物
を噴射注入して生成したカーボンブラックと磁性金属微
粒子の複合粒子を、非酸化性雰囲気中400〜900℃の温度
に加熱処理することを構成上の特徴とする。
法は、反応炉頭部の燃焼室で、燃料を燃焼させて高温燃
焼ガス流を形成し、この高温燃焼ガス流中に炭化水素原
料を噴霧導入して熱分解反応させることによりカーボン
ブラックを生成させ、次いでカーボンブラック含有高温
ガス流中に水を噴霧して冷却した後カーボンブラックを
分離捕集するカーボンブラックの製造方法において、高
温燃焼ガス流の上流域および下流域の２つの位置から炭
化水素原料を噴霧導入し、炭化水素原料を噴霧導入する
上流位置と下流位置の中間位置から磁性遷移金属化合物
を噴射注入して生成したカーボンブラックと磁性金属微
粒子の複合粒子を、非酸化性雰囲気中400〜900℃の温度
に加熱処理することを構成上の特徴とする。
本発明で使用する複合粒子は、例えば前記した特願昭
62−37886（特開昭63−205369）あるいは特願昭62−199
906（特開平01−043569）の方法で得ることができる。
この複合粒子は、磁性金属微粒子がカーボンブラックの
一次粒子中にミクロ的に均一分散して融着固定化し、こ
の混合微粒子の表面層を被覆しながら二次粒子（アグリ
ケート）が形成されて、カーボンブラックの二次粒子中
に磁性金属微粒子が安定に固定化され一体化している。
この場合、金属微粒子の化学組成は、各種の酸化物の形
態で存在するものが多く、一部は還元された金属の状態
で複合化している。
62−37886（特開昭63−205369）あるいは特願昭62−199
906（特開平01−043569）の方法で得ることができる。
この複合粒子は、磁性金属微粒子がカーボンブラックの
一次粒子中にミクロ的に均一分散して融着固定化し、こ
の混合微粒子の表面層を被覆しながら二次粒子（アグリ
ケート）が形成されて、カーボンブラックの二次粒子中
に磁性金属微粒子が安定に固定化され一体化している。
この場合、金属微粒子の化学組成は、各種の酸化物の形
態で存在するものが多く、一部は還元された金属の状態
で複合化している。
この複合粒子を非酸化性雰囲気中で加熱処理すると表
面層および内部に存在するカーボンブラックが酸化物中
の酸素と結合して金属微粒子は金属状態に還元される。
この還元反応はカーボンブラックと金属微粒子の固相界
面において起こるが複合粒子中で微細粒子状に、均一に
分散しているために還元反応は円滑に進行する。
面層および内部に存在するカーボンブラックが酸化物中
の酸素と結合して金属微粒子は金属状態に還元される。
この還元反応はカーボンブラックと金属微粒子の固相界
面において起こるが複合粒子中で微細粒子状に、均一に
分散しているために還元反応は円滑に進行する。
加熱処理は、複合粒子を黒鉛製のルツボなどの耐熱性
容器内に入れAr,He,N2などのガスを流通させて、非酸化
性雰囲気に保持した加熱炉内に装入し400〜900℃の温度
に加熱して、適宜時間処理することにより行なわれる。
この加熱処理により金属微粒子は、その周囲に存在する
カーボンブラックの還元機能により、酸化物状態から金
属状態に効果的に還元される。この場合磁性金属微粒子
は、カーボンブラックの存在により融点の低下を来し、
加熱処理時に溶融状態が生じると金属微粒子相互の融着
が起こり粗大粒子化する。金属微粒子が粗大粒子化する
と、複合粒子は酸化性雰囲気中で酸化され易くなり、磁
気性能の低下や不安定化が生じる。この粗大粒子化を防
止するために加熱処理温度を900℃以下に設定して融着
防止をはかることが必要である。また、加熱処理温度が
400℃未満では、カーボンブラックの還元機能が充分に
発揮されない。
容器内に入れAr,He,N2などのガスを流通させて、非酸化
性雰囲気に保持した加熱炉内に装入し400〜900℃の温度
に加熱して、適宜時間処理することにより行なわれる。
この加熱処理により金属微粒子は、その周囲に存在する
カーボンブラックの還元機能により、酸化物状態から金
属状態に効果的に還元される。この場合磁性金属微粒子
は、カーボンブラックの存在により融点の低下を来し、
加熱処理時に溶融状態が生じると金属微粒子相互の融着
が起こり粗大粒子化する。金属微粒子が粗大粒子化する
と、複合粒子は酸化性雰囲気中で酸化され易くなり、磁
気性能の低下や不安定化が生じる。この粗大粒子化を防
止するために加熱処理温度を900℃以下に設定して融着
防止をはかることが必要である。また、加熱処理温度が
400℃未満では、カーボンブラックの還元機能が充分に
発揮されない。
非酸化性雰囲気としてAr,He,N2などの非酸化性ガス中
に、好ましくは水素ガスを添加混合すると還元反応はよ
り一層推進される。
に、好ましくは水素ガスを添加混合すると還元反応はよ
り一層推進される。
また、磁性金属微粒子は、磁気性能の大きいFe,Co,Ni
から選ばれた少なくとも１種の金属を用いることが好ま
しい。
から選ばれた少なくとも１種の金属を用いることが好ま
しい。
本発明によれば、カーボンブラックと磁性金属微粒子
の均一な複合粒子を非酸化性雰囲気中で加熱処理するこ
とにより、カーボンブラックが還元剤として機能して、
金属微粒子は、酸化物から磁気性能の大きい還元状態の
金属に変換する。しかも加熱処理温度は、低温であるの
で、金属微粒子は溶融することなく粗大粒子化が阻止さ
れて、微細粒子状態に維持される。
の均一な複合粒子を非酸化性雰囲気中で加熱処理するこ
とにより、カーボンブラックが還元剤として機能して、
金属微粒子は、酸化物から磁気性能の大きい還元状態の
金属に変換する。しかも加熱処理温度は、低温であるの
で、金属微粒子は溶融することなく粗大粒子化が阻止さ
れて、微細粒子状態に維持される。
〔実施例〕 実施例1. 特願昭62−199906（特開平01−043569号）の方法によ
り、カーボンブラックと鉄微粒子との複合粒子を製造し
た。この複合粒子4gを黒鉛製のルツボに入れ、電気炉に
装入した。次いで、非酸化性ガスとしてArガスあるいは
Arガスと水素ガスの混合ガスを流通させながら、所定温
度に加熱し、一定時間熱処理した。なお昇温速度は250
〜400℃/hrに設定した。その後非酸化性ガスの流通を継
続しながら冷却した。室温まで冷却した後、試料を取出
し鉄微粒子の組成、含有率、粒子径および磁気特性など
を測定した。その結果を表−１に一括して示した。
り、カーボンブラックと鉄微粒子との複合粒子を製造し
た。この複合粒子4gを黒鉛製のルツボに入れ、電気炉に
装入した。次いで、非酸化性ガスとしてArガスあるいは
Arガスと水素ガスの混合ガスを流通させながら、所定温
度に加熱し、一定時間熱処理した。なお昇温速度は250
〜400℃/hrに設定した。その後非酸化性ガスの流通を継
続しながら冷却した。室温まで冷却した後、試料を取出
し鉄微粒子の組成、含有率、粒子径および磁気特性など
を測定した。その結果を表−１に一括して示した。
表−１においてRun No.10は熱処理に供したオリジナ
ル試料であり、またはRun No.6〜No.9は、本発明の熱処
理条件を外れる場合である。
ル試料であり、またはRun No.6〜No.9は、本発明の熱処
理条件を外れる場合である。
表−１の結果から、Run No.1〜No.5の本発明の熱処理
条件を適用した場合は、オリジナル試料に比較して、鉄
微粒子組成がγ−Fe2O3やFe3O4の酸化物からα−Feに変
換していることが判明する。その結果、最大磁束密度の
増大がはかられ、磁気性能の向上が顕著である。また、
カーボンブラックおよび鉄微粒子の粒子径も変化するこ
となく、オリジナル試料と同一レベルの微粒子状態が維
持されている。一方、比較例のRun No.6は、熱処理温度
が低いために還元効果が充分でなく、オリジナル試料と
同等特性に止まっている。また熱処理温度が高いRun N
o.7〜No.9では、鉄微粒子は還元されて磁気性能の向上
は果たされるが、鉄微粒子の融着による粗大粒子化が進
行している。
条件を適用した場合は、オリジナル試料に比較して、鉄
微粒子組成がγ−Fe2O3やFe3O4の酸化物からα−Feに変
換していることが判明する。その結果、最大磁束密度の
増大がはかられ、磁気性能の向上が顕著である。また、
カーボンブラックおよび鉄微粒子の粒子径も変化するこ
となく、オリジナル試料と同一レベルの微粒子状態が維
持されている。一方、比較例のRun No.6は、熱処理温度
が低いために還元効果が充分でなく、オリジナル試料と
同等特性に止まっている。また熱処理温度が高いRun N
o.7〜No.9では、鉄微粒子は還元されて磁気性能の向上
は果たされるが、鉄微粒子の融着による粗大粒子化が進
行している。
実施例2. 実施例１のRun No.4およびRun No.9の試料を用いて、
空気中300℃で熱処理した場合の組成変化を比較した。R
un No.4の試料は、500時間熱処理しても、その組成は、
α−Feのままであったが、Run No.9の試料は、約24時間
でFeOに変換し、次いでFe3O4，γ−Fe2O3に酸化され
た。
空気中300℃で熱処理した場合の組成変化を比較した。R
un No.4の試料は、500時間熱処理しても、その組成は、
α−Feのままであったが、Run No.9の試料は、約24時間
でFeOに変換し、次いでFe3O4，γ−Fe2O3に酸化され
た。
上記説明で明らかなように、本発明によりカーボンブ
ラックアグリゲート中に取り込まれ、均一に複合した磁
性金属微粒子は、そのままの状態で磁気性能の大きい金
属状態に還元され、かつ安定に存在し得ることが可能と
なる。したがって、強磁性を有するとともに酸化性雰囲
気中においても安定な磁性材料として極めて有用であ
る。
ラックアグリゲート中に取り込まれ、均一に複合した磁
性金属微粒子は、そのままの状態で磁気性能の大きい金
属状態に還元され、かつ安定に存在し得ることが可能と
なる。したがって、強磁性を有するとともに酸化性雰囲
気中においても安定な磁性材料として極めて有用であ
る。
Claims (3)
- 【請求項１】反応炉頭部の燃焼室で、燃料を燃焼させて
高温燃焼ガス流を形成し、この高温燃焼ガス流中に炭化
水素原料を噴霧導入して熱分解反応させることによりカ
ーボンブラックを生成させ、次いでカーボンブラック含
有高温ガス流中に水を噴霧して冷却した後カーボンブラ
ックを分離捕集するカーボンブラックの製造方法におい
て、高温燃焼ガス流の上流域および下流域の２つの位置
から炭化水素原料を噴霧導入し、炭化水素原料を噴霧導
入する上流位置と下流位置の中間位置から磁性遷移金属
化合物を噴射注入して生成したカーボンブラックと磁性
金属微粒子の複合粒子を、非酸化性雰囲気中400〜900℃
の温度に加熱処理することを特徴とする強磁性カーボン
ブラックの製造方法。 - 【請求項２】非酸化性雰囲気中に水素ガスを添加する特
許請求の範囲第１項記載の強磁性カーボンブラックの製
造方法。 - 【請求項３】磁性金属微粒子がFe、Co、Niから選ばれた
少なくとも一種の金属である特許請求の範囲第１項又は
第２項記載の強磁性カーボンブラックの製造方法。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62251699A JP2603084B2 (ja) | 1987-10-07 | 1987-10-07 | 強磁性カーボンブラックの製造方法 |
| US07/154,259 US4900465A (en) | 1987-02-13 | 1988-02-10 | Process for preparing magnetic carbon black |
| EP88301105A EP0278743B1 (en) | 1987-02-13 | 1988-02-10 | Magnetic carbon black, process for preparing the same, and method of modifying magnetic carbon black |
| DE8888301105T DE3863651D1 (de) | 1987-02-13 | 1988-02-10 | Magnetischer russ, verfahren zu seiner herstellung und modifizierung von magnetischem russ. |
| US07/527,688 US4995999A (en) | 1987-02-13 | 1990-05-21 | Method of producing magnetic carbon black |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62251699A JP2603084B2 (ja) | 1987-10-07 | 1987-10-07 | 強磁性カーボンブラックの製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0196007A JPH0196007A (ja) | 1989-04-14 |
| JP2603084B2 true JP2603084B2 (ja) | 1997-04-23 |
Family
ID=17226690
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62251699A Expired - Lifetime JP2603084B2 (ja) | 1987-02-13 | 1987-10-07 | 強磁性カーボンブラックの製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2603084B2 (ja) |
-
1987
- 1987-10-07 JP JP62251699A patent/JP2603084B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0196007A (ja) | 1989-04-14 |
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