JP3008498B2 - 黒鉛化度を増大させたカーボンブラックの製造方法 - Google Patents

黒鉛化度を増大させたカーボンブラックの製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、黒鉛化度を増大させた
カーボンブラックの製造方法に関し、詳しくは凝集塊径
の小さな黒鉛状カーボンブラック製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】カーボンブラックを不活性もしくは非酸
化性の雰囲気下において、2000℃以上3000℃以
下の温度で加熱処理する事により平均の結晶クラスター
径が、La >30Å かつ Lc >30Åである黒鉛状
カーボンブラックが得られることが知られている。更
に、通常のカーボンブラックでは、灰分として検出され
るMg、Ca、K、Na、Al、Si、Fe等の不純物
元素が0.1%以上含まれるのに対し、この黒鉛状カー
ボンブラックは皆無に近いため、樹脂や塗料の着色剤分
野やファインセラミックスの還元剤分野等で、多く用い
られている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これら
のカーボンブラックには熱処理中に生成した、10μm
以上の短針状大凝集塊カーボンブラック(以下、ウィス
カーと記す)を数%以上含んでいることが判った。そし
て、これらのウィスカーの混在した黒鉛状カーボンブラ
ックを樹脂、塗料及びセラミックス材料等の中へ混合、
分散させた場合、これらのウィスカーが分散不良塊とし
て残るため、黒度低下、成形品表面上の凹凸の発現、機
械的強度の低下等、多くの問題を生じ著しく商品価値が
損なわれていた。特に、これらの黒鉛状カーボンブラッ
クを樹脂と混練後、フィルムに成形した場合、フィルム
表面に大きな分散不良塊、いわゆるブツが発現し、商品
価値を大幅に損なっていた。この為、ウィスカーを含ま
ない微細な黒鉛状カーボンブラックが望まれていた。し
かしながら、この種の黒鉛ウィスカーは波多野正彦ら
(工業材料 34巻10号)の文献等に示されているよ
う機械強度が著しく強い事から、微細な粒子に粉砕する
事は難しいと考えられており、この種のウィスカーを微
粉砕したことはこれまで報告されていなかった。
【0004】
【課題を解決する為の手段】本発明者らは上記の課題を
解決すべく鋭意研究を重ねた結果、熱処理によって得ら
れた黒鉛状カーボンブラックを特定の粉砕機を用いて、
微粉砕することにより、最大の凝集塊径が10μm以下
の微粒子カーボンブラックとなる事を見い出し、本発明
を完成するに至った。即ち、本発明は黒鉛化度を増大さ
せ、かつ凝集塊を含まないカーボンブラックを製造する
ことを目的とし、黒鉛状カーボンブラックを流体エネル
ギー型粉砕機を用いて微粉砕することにより達成しう
る。以下、本発明を詳細に説明する。本発明で用いるカ
ーボンブラックは、オイルファーネス法、ガスファーネ
ス法、サーマル法、チャンネル法、アセチレン法、で製
造されたカーボンブラック及び重質油のガス化の際生成
する副生カーボンブラックがいずれも適用可能である。
これらのカーボンブラックを不活性あるいは非酸化性の
雰囲気に保持できる加熱炉内にて、2000℃以上30
00℃以下の温度条件で処理を行なう事により黒鉛化度
の増したカーボンブラックが得られる。又、この熱処理
の前に300℃以上1500℃以下の温度で揮発分を除
去する処理を行なってもよい。この熱処理によって製造
された黒鉛状カーボンブラックは、X線回折測定による
平均結晶クラスターのサイズがLa 、Lc 共に30Å以
上の大きさを持っている。更に、黒鉛状カーボンブラッ
ク中に共存するウィスカーは直径5乃至20μm、長さ
10乃至300μmのサイズを有している。また、黒鉛
状カーボンブラックに対する、ウィスカーの混在比は、
処理条件によっても異なるが、少なくとも数%以上含ま
れている。このウィスカーを除去する手段としては、特
定の微粉砕機を用いて粉砕した後、サイクロン等により
分級し、微細品のみを捕集する。更に、粗細品について
は、再度超微粉砕機を通す方式で処理することにより,
凝集塊径10μm以下の黒鉛状カーボンブラックのみを
得ることが可能である。本発明で使用する微粉砕機とし
ては“ゼットミル”や“ミクロナイザー”等の商品名で
市販されている、流体エネルギー型粉砕機を用いる必要
がある。この粉砕機は〔図−1〕に示したような構造原
理を持ち、粉砕処理は原理的には以下の工程で行なわれ
る。ホッパー(1)より供給された原料(2)が、ノズ
ルA(3)より噴射される高圧流体(4)(圧縮空気、
スチーム等)により搬送され、絞り部(5)を通り超音
速に加速されて、粉砕ゾーン(6)に導かれる。粉砕ゾ
ーン(6)の側面に多数設置されたノズルB(7)より
噴射される流体により、原料は相互に衝突、摩擦を起こ
す事により粉砕される。粉砕された微粒子は分級ゾーン
(8)にはいり、装置の出口(9)より流体と共に排出
され、粉砕が不十分な粗い粒子は再度粉砕ゾーン(6)
に戻り、循環粉砕される。
【0005】粉砕に用いる高圧流体の圧力は、ノズル位
置にてゲージ圧3Kg/m2 以上、望ましくは5Kg/m2
以上必要である。3Kg/m2 未満の圧力では十分な粉砕
効果が得られない。また、原料のカーボンブラック供給
重量C(g/分)と流体の流量Q(Nm3 /分)は、C
/Q<100望ましくは、C/Q<50の関係を満たす
必要がある。C/Qの値が100を越えると粗粉砕粒子
が増加し、10μmを越える凝集塊径を持つ粗粉砕カー
ボンブラックが製品中に残存する。
【0006】この粉砕機を用い粉砕処理を行なうと、装
置と原料の衝突が少ない為異物の混入が殆ど発生せず、
又粉砕能力が著しく高いため、効果的なウィスカーの微
粉砕が可能となる。次に、粉砕後のカーボンブラックの
最大凝集塊径としては、細かい程好ましいが、粉砕効果
と、応用面での物性とのバランスからして、10μm以
下、好ましくは5μm以下である。10μmを超える
と、樹脂や塗料等に配合した際大きな分散不良塊が発生
し、各種の物性が劣化しやすい。
【0007】
【実施例】本発明を実施例により、更に詳細に説明する
が、本発明は、その要旨を越えない限り以下の実施例に
限定されるものではない。尚、実施例及び比較例におい
て凝集塊径の中心値、並びに最大の凝集塊径は、レーザ
ー光回折式粒度分析計(日機装社製“マイクロトラック
粒度分析計Model7995−30 SPA”)を用
い、カーボンブラックを水(微量の界面活性剤を添加)
と混合した後、60秒間超音波分散処理した分散液試料
について、凝集塊のストークス直径分布を測定し、その
50及びD100 の値で示した。また、走査型電子顕微鏡
により粗粒子の形状観察を行いウィスカーの有無を確認
した。
【0008】また、カーボンブラック中の微量金属粉
は、JIS Z8801に規定された標準網篩44μm
を用い、JIS K6221に規定された篩残分(A
法)に従い篩残分を測定し、その篩残分を光学顕微鏡を
用いて金属光沢物の有無を観察し判定した。又、得られ
たカーボンブラックの性能評価は、低圧法低密度ポリエ
チレン(L−LDPE)(“ダイヤポリマー”LL,U
F340)中に各10重量%配合したコンパウンドをバ
ンバリー型ミキサーを用い混練し、このコンバウンドを
加熱2本ロールミルにて、厚み2mmのシートに成形した
後、成形品の表面の凹凸を観察し、相対評価を行なっ
た。更に、このコンパウンドをTダイ押出機により厚み
50μmのフィルムに成形した後、3次元表面粗さ計を
用い、成形品表面のブツの面密度を測定した。 比較例1 オイルファーネス法により製造されたカーボンブラック
(BET比表面積1500m2/g )を窒素給気させたグ
ラファイト製容器中に充填し、この容器を2700℃に
維持した電気炉中に12時間静置した後、これを冷却し
た後、カーボンブラックを取り出した。この方法により
製造されたカーボンブラックは、BET比表面積173
m2/g、黒鉛構造を有する部分の平均厚さLc=40Å
であった。また最大の凝集塊径は200μm以上であ
り、直径10μm以上の凝集塊を68体積%含んでい
た。また、電子顕微鏡観察では、多数のウィスカーが観
察された。 実施例1 比較例1の熱処理カーボンブラックを、流体エネルギー
型粉砕機である、“SKージェット・オー・ミル”JO
M−0101C4C(セイシン企業社製)を用いて粉砕
を行なった。高圧流体はゲージ圧7.0Kg/m2の圧縮空
気を用いて、これを1m3/分の割合で噴射した。原料の
カーボンブラックは定量型スクリューフィーダーを用い
て1Kg/時の割合で供給した。粉砕後、サイクロンにて
分級し、微細品のみを捕集し、粗細品は再度フィーダー
のホッパーに戻し、再度粉砕処理を実施した。この粉砕
処理によるカーボンブラックの収率は、ほぼ100%で
あった。この方法により製造されたカーボンブラック
は、BET比表面積180m2/g、黒鉛構造を有する部
分の平均厚さLc=40オングストロームであった。ま
た最大の凝集塊径は5μmであり電子顕微鏡観察によっ
てもウィスカーの存在は確認されなかった。また、篩残
存は皆無であり、金属粉の混入は認められなかった。 比較例2 比較例1において熱処理工程を行なったカーボンブラッ
クを水中に分散(カーボンブラック濃度 2重量%)さ
せた後、1000meshの金網をつけた超音波振動篩
を通し、通過したカーボンブラックスラリーを脱水・乾
燥処理を行なった。この濾過処理によるカーボンブラッ
クの収率は、約40%であった。この方法により製造さ
れたカーボンブラックは、BET比表面積180m2
g、黒鉛構造を有する部分の平均厚さLc=40オング
ストロームであった。また最大の凝集塊径は22μmで
あり直径10μm以上のウィスカーを1.0%含んでい
た。電子顕微鏡による観察では長さ方向、約40μmま
でのウィスカーの存在が確認された。また、篩残分は皆
無であり、金属粉の混入はない。 比較例3 比較例1の熱処理カーボンブラックを、ハンマー型粉砕
機(不二パウダル社製“アトマイザー”)により粉砕し
た後、気流中に搬送し、サイクロンにて分級を行ない、
微細品のみを捕集し、粗細品は再度粉砕処理を実施し
た。この粉砕処理によるカーボンブラックの収率は、ほ
ぼ100%であった。この方法により製造されたカーボ
ンブラックは、BET比表面積173m2/g、黒鉛構造
を有する部分の平均厚さLc=40オングストロームで
あった。また最大の凝集塊径は18μmであり、直径1
0μm以上の凝集塊は0.1%存在していた。また、電
子顕微鏡観察によりウィスカーが僅かながら存在してい
ることが確認された。 また、篩残分中に金属光沢を持
つ粉が存在していることからして、機器磨耗粉が微量混
入したものと考えられる。実施例1及び比較例1〜3の
カーボンブラックの凝集塊径分布の結果と電子顕微鏡観
察の結果を表−1に、L−LDPE樹脂系コンパウンド
の特性結果を表−2に示す。
【0009】
【表1】
【0010】
【表2】
【0011】
【発明の効果】本発明方法によれば、黒鉛化処理カーボ
ンブラック製造方法に於いて生成し、製品カーボンブラ
ック中に混在していた大凝集塊径のウィスカーを、収率
を著しく低下させることなく無くすることができる。更
に、本発明により製造したカーボンブラックは、機械衝
撃式粉砕方法を用いた場合に問題となる、機器の磨耗に
より生じる金属粉不純物の混入が殆ど発生しない。した
がって、本発明カーボンブラックを用いて作成したコン
パウンドは、シート成形品の表面に現れる凹凸及び、フ
ィルム成形品表面に現れるブツが殆ど存在しない。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明で使用する流体エネルギー型粉砕機の構
造の一例を示す。
【符号の説明】
3 ノズルA、 5 絞り部、 6 粉砕ゾーン、 7 ノズルB、 8 分級ゾーン

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 カーボンブラックを不活性もしくは非酸
    化性の雰囲気下にて、2000℃以上3000℃以下の
    温度で加熱処理することにより得られた黒鉛状カーボン
    ブラックを、流体エネルギー型粉砕機を用いて微粉砕処
    理することを特徴とするカーボンブラックの製造方法。
  2. 【請求項2】 微粉砕後の最大凝集塊径が10μm以下
    である事を特徴とする請求項1記載のカーボンブラック
    の製造方法。
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JP2005002273A (ja) * 2003-06-13 2005-01-06 Mitsubishi Chemicals Corp 半導体封止材用カーボンブラック
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