JPH0657806B2 - カ−ボンブラツクの製造方法 - Google Patents

カ−ボンブラツクの製造方法

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JPH0657806B2
JPH0657806B2 JP60194184A JP19418485A JPH0657806B2 JP H0657806 B2 JPH0657806 B2 JP H0657806B2 JP 60194184 A JP60194184 A JP 60194184A JP 19418485 A JP19418485 A JP 19418485A JP H0657806 B2 JPH0657806 B2 JP H0657806B2
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伸 小林
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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、充填材料、補強材料、導電材料並びに着色顔
料などの多くの用途を有するフアーネス法によるカーボ
ンブラツクの製造に関する。
さらに詳しくは、特に用途を限定するものではないが、
塗料、樹脂並びにゴム等に配合して優れた導電性を示
す、表面積の大きいカーボンブラツクを製造する方法に
関する。
〔従来の技術〕
一般的なフアーネス法によるカーボンブラツクは燃料と
空気又は酸素等の支燃ガスを混合し、燃焼させた高温ガ
ス域に原料炭化水素を噴霧し、原料炭化水素を熱分解及
びまたは不完全燃焼させて製造する。
分解または不完全燃焼ガスに同伴された生成カーボンブ
ラツクは適当な手段で冷却され慣用的に当業界で使用さ
れている採集装置で採集される。
表面積の大きいカーボンブラツクの製造方法はたとえ
ば、原料炭化水素噴霧前の燃焼高温域に水蒸気を導入す
る方法(特開昭56-24455号)、あるいは原料炭化水素の
噴射流中に水を噴射する方法(特公昭54-7634号)又は
炭化水素噴霧前の燃焼高温域にカルシウム、バリウム及
びストロンチウムより成る群から選択した金属塩を導入
し、カーボンブラツクの表面積を増大させる方法(特開
昭57-195162号)が知られている。
〔発明が解決しようとする問題点〕
しかしながら、特開昭56-24455号又は特公昭54-7634号
に開示されている方法ではカーボンブラツク粒子を生成
するために必要な高温域に水蒸気を導入するため水蒸気
と炉内温度との熱容量の差により、炉内の温度降下が生
じるため粒子生成に必要な温度が得られにくいことに加
えて、カーボンブラツクの基本形態の調節が困難であ
り、又、特開昭57-195162号に記載されている方法で
は、生成したカーボンブラツク中に親水性灰分が増大
し、使用分野によつては樹脂やゴムに配合した場合、高
温多湿の雰囲気に於いて、灰分が樹脂並びにゴムの表面
に析出し、商品価値を著しく低下する。
そこで、本発明者らは上記の問題点を解決すべく鋭意検
討した結果、カーボンブラツクの基本形態が形成された
後に、表面積を大きくするため賦活剤として水蒸気を導
入し、0.1秒〜3秒の滞留時間で処理することに依つ
て、任意のカーボンブラツクの基本構造を有し、大きい
表面積を有するカーボンブラツクを得ることが出来る事
を見出し先に提案した(特願昭59-198205)が、この方
法では任意のカーボンブラツクの基本構造を有し大きい
表面積を有するカーボンブラツクを得る事は出来るが、
塗料、樹脂、ゴム等に配合する場合の分散性等に、良好
な影響を与えるミクロボアー率が低下する等の問題点が
あつた。
〔問題点を解決するための手段〕
そこで、本発明者らは上記の問題点を解決すべく鋭意検
討した結果、カーボンブラツクの基本形態が形成された
後に、表面積を大きくするための賦活剤として、水又は
水蒸気を導入し、3秒を越える滞留時間で処理すること
によつて、任意のカーボンブラツクの基本構造を有し、
大きい表面積を有するミクロポアーの発達したカーボン
ブラツクを得ることが出来る事を見出して、本発明に到
達した。
すなわち、本発明の目的は、優れた導電性を示す、表面
積が大きく、分散性に良好なカーボンブラツクを製造す
る方法を提供するもので、この目的は燃料と酸素含有ガ
スとを混合して燃焼高温ガス流を形成させる第1帯域
と、引き続き得られた燃焼高温ガス流に原料炭化水素を
混合してカーボンブラツクを形成させる第2帯域と、第
2帯域に引き続いた下流部であつて、得られたカーボン
ブラツクを賦活剤と接触させて賦活する第3帯域からな
る帯域でカーボンブラツクを製造する方法に於いて、第
3帯域に賦活剤として液状の水或いは、ガス状の水蒸気
を導入することにより達成される。
以下、本発明を詳細に説明する。
本発明において、カーボンブラツク形態すなわち、基本
的な粒子径とストラクチヤーを有し、かつ調節された表
面積で、分散性に優れたカーボンブラツクを製造する為
には、まず、燃料と酸素含有ガスとを混合し、燃焼高温
ガス流を形成する第1帯域と、第1帯域の下流部であつ
て、得られた燃焼高温ガス流に並流又は横方向に設けた
バーナーから原料炭化水素を噴霧導入し、原料炭化水素
を熱分解及び/または不完全燃焼させてカーボンブラツ
クを生成する第2帯域とが必要である。
第2帯域では供給した原料炭化水素が十分に熱分解及び
/または不完全燃焼され、カーボンブラツクとしての基
本的形態である粒子径とストラクチヤー並びにそれらの
分布が形成される。
該第2帯域にはカーボンブラツクの基本形態である粒子
径又はストラクチヤー等を高温ガスの温度や添加剤の添
加量以外の変更要因として重要であるカーボンブラツク
生成時での高温ガス流の攪乱を活発とするために、第2
帯域には単孔板又は多孔板あるいはベンチユリー管等の
攪乱域を設置してもよい。
又第2帯域を変化させるために、原料炭化水素注入口の
位置並びに噴霧角度を変更してもよい。
この様にして、カーボンブラツクの基本形態の整つたカ
ーボンブラツクは高温ガス流に同伴されながら、第2帯
域の下流部である第3帯域に移送される。
第3帯域では第2帯域で得られたカーボンブラツクの表
面積を大きくするための賦活反応とその停止が行なわれ
る。すなわち、本発明において、第3帯域とは賦活剤の
供給位置から賦活反応を停止するための冷却水の供給位
置までの帯域である。
賦活剤としては、液状の水或いはガス状の水蒸気が用い
られる。
第3帯域には、賦活剤の導入によつて所望の賦活温度よ
り温度降下がある場合には、補助燃料と、それを燃焼さ
せるための酸素含有ガスを混合燃焼させ、得られた高温
ガスを補助加熱用高温ガス供給ノズルより第3帯域に導
入する。
該帯域に於ける賦活剤の導入量は単位時間当りのガス量
に対して5〜50vol%である。ここで賦活剤の導入量の
基礎となる単位時間当りのガス量とは、第2帯域から第
3帯域に流入するガスの単位時間当りのガス量を意味す
るものである。5vol%未満では表面積を大きくする効果
が少なくミクロポアー率のコントロールも困難である。
50vol%以上では賦活剤量と該賦活剤を昇温するための
補助加熱用高温ガスを含めて総ガス量が多くなり、これ
に伴い第3帯域でのカーボンブラツクの滞留時間が短く
なり、かえつて賦活度を低下させてしまうこと、更に
は、総排ガス量が多くなりカーボンブラツクの分離回収
装置等の能力を増強する必要があるなどの支障を生じ
る。
なお、本発明における賦活剤の導入量及び他のガス量は
全て規定状態とした値である。
第3帯域に於ける温度は賦活剤を導入する位置における
温度であつて、1200〜1800℃、好ましくは13
00〜1650℃である。
1200℃未満では表面積の増大が小さく1800℃以
上では反応が激しく、カーボンブラツクの生成収率が低
下するので好ましくない。
第3帯域におけるカーボンブラツクの滞留時間は、3.5
秒を越えるものであり、好ましくは、3.5秒を越え10
秒以下である。
滞留時間が3秒以下では表面積の増大効果はあるが、ミ
クロポアー率の高い分散性に優れるカーボンブラツクの
製造に支障を生じる。
又、滞留時間が相当に長くなればカーボンブラツクの生
成収率が低下するので、目標とする表面積にも依るが、
10秒以下程度が好ましい。
なお、滞留時間は賦活剤導入時点から、第3帯域の後流
部に設けられた冷却水導入ノズルにより、水を噴霧する
時点までの時間をいう。
冷却水導入ノズルは第3帯域の後流部に適当間隔を設け
て設置した該ノズル挿入口より挿入できるようにしてお
けば該ノズルの位置を変えることにより滞留時間を変更
することができる。
また冷却水導入ノズルを第3帯域の後流部に複数個設置
してもよいが、その場合には滞留時間を賦活剤導入時点
に最も近い冷却水導入ノズルから水が噴霧される時点ま
での時間とする。
このようにして得られたカーボンブラツクは反応に供し
たガスと共に移動され、慣用の方法で冷却、分子及び回
収の各工程を経て収集される。例えば排ガス中からのカ
ーボンブラツクの分離はサイクロン、バツクフイルター
またはそれらの組合せのような慣用の方法により容易に
行なうことができる。
本発明のカーボンブラツクの製法に使用される第1帯域
並びに第3帯域に於ける燃焼高温ガス流の調製は、ガス
状または液体の燃料と酸素含有ガスとして空気、酸素、
又はそれらの混合物と混合し、燃焼させることにより行
なわれる。燃料としては、水素、一酸化炭素、メタン、
天然ガス、石炭ガス、石油ガス並びに灯油、ガソリン、
重油等の石油系液体燃料、クレオソート油、ナフタレン
油、カルボン酸油等の石炭系液体燃料が好適に使用され
る。
又原料炭化水素としては、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、アントラセン油、カルボン酸油等の石油
系炭化水素やエチレンヘピーエンドオイル、FCOオイ
ル等の石油系重質油やアセチレン系不飽和炭化水素、エ
チレン、プロピレンなどのエチレン系炭化水素、ベンタ
ン、ヘキサン等の脂肪族炭化水素などが好適に使用され
る。
〔発明の効果〕
本発明において、カーボンブラツクの基本形態が形成さ
れた後にカーボンブラツクが懸濁した熱ガス中に賦活剤
として水、或いは水蒸気を導入することにより、塗料、
樹脂、又はゴム等に配合した場合、優れた分散性及び導
電性を示す高表面積カーボンブラツクを工業的に有利に
製造することができる。
〔実施例〕
次に本発明を実施例によりさら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。
実施例1〜2 第1図に示す構造のカーボンブラツク製造炉を用い、該
炉の第1帯域に第3表に示す燃料を190Nm3/hrと50
℃の燃焼用空気1000Nm3/hrとを供給して燃焼させ、得ら
れた燃焼高温ガス流の中に原料炭化水素供給ノズル1か
ら第2表に示す原料炭化水素を第1表に示す割合で供給
し、第2帯域でカーボンブラツク粒子を生成させた。次
いで第3帯域では賦活剤導入ノズル4から第1表に示す
割合の水蒸気、補助燃料(第3表参照)及び酸素含有ガ
スとして酸素を第3帯域に導入し、第2帯域で生成した
カーボンブラツクを第1表に示す温度及び滞留時間で賦
活処理を行つた。滞留時間は第1冷却水導入ノズル5の
位置を変更することにより行つた。第1冷却水導入ノズ
ル5及び第2冷却水導入ノズル6より冷却水を噴霧する
ことによつて冷却されたカーボンブラツクはサイクロン
とバツグフイルターで捕集し、粒子径、表面積、吸油量
及びミクロポアー率を測定した。得られた結果を第1表
に示す。
実施例3〜5 第1図に示す構造のカーボンブラツク製造炉を用い、該
炉の第1帯域に第3表に示す燃料を145Nm3/hrと50
0℃の燃焼用空気1000Nm3/hrとを供給して燃焼さ
せ、得られた燃焼高温ガス流の中に原料炭化水素を第1
表に示す割合で供給し、第2帯域でカーボンブラツク粒
子を生成させた。次いで第3帯域では賦活剤導入ノズル
4から第1表に示す割合の水蒸気、補助燃料(第3表参
照)及び補助燃料燃焼用空気を第3帯域に導入し、第2
帯域で生成したカーボンブラツクを第1表に示す温度及
び滞留時間で賦活処理を行つた。以下実施例1〜2と同
様に処理しカーボンブラツクの物性を測定した。
その結果を第1表に示す。
比較例1 第3帯域に水蒸気、補助燃料及び酸素ガスを供給しない
こと以外は実施例1〜2と同様の条件(第1表参照)で
カーボンブラツクを製造した。得られたカーボンブラツ
クの物性を測定し、その結果を第1表に示す。
比較例2 実施例3〜5と同様の条件(第1表参照)で製造した。
得られたカーボンブラツクの物性を測定し、その結果を
第1表に示す。
次に本発明で得られカーボンブラツクの物性を評価する
為に必要な分析方法について述べる。
(1)電子顕微鏡による直接測定であり、面積平均粒子径
である。
(2)比表面積 BET法によるものである。即ち、低温窒素吸着法によ
りカーボンブラツクの窒素吸着量を測定し、これからB
ETの式を用い多点法により算出する。
(3)DBP吸油量 ジブチルフタレート(DBP)を用いてJIS−K−6221
−A法(機械法)に準拠して測定する。
(4)ミクロポアー率 (2)項の比表面積測定装置を用い、インクレ−クランス
トンの式により、10〜300Åの細孔容積を求めこの
容積から下式を用いて算出する。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明に用いる装置の一例の説明図である。 1:原料炭化水素供給ノズル 2:燃料噴霧ノズル 3:酸素含有ガス供給ノズル 4:賦活剤導入ノズル 5:第1冷却水導入ノズル 6:第2冷却水導入ノズル 7:補助加熱用高温ガス供給ノズル 8:第1帯域、9:第2帯域 10:第3帯域 11:煙道

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】燃料と酸素含有ガスとを混合して燃焼高温
    ガス流を形成させる第1帯域と、引き続き得られた燃焼
    高温ガス流に原料炭化水素を混合してカーボンブラック
    を形成させる第2帯域と、第2帯域に引き続いた下流部
    であって、得られたカーボンブラックを賦活剤と接触さ
    せて賦活する第3帯域からなる帯域でカーボンブラック
    を製造する方法に於いて、第3帯域に賦活剤として、液
    状の水或いはガス状の水蒸気を導入し、該帯域の入口温
    度が1200℃〜1800℃であり、且つ該帯域に於け
    るカーボンブラックの滞留時間が3.5秒を越えることを
    特徴とするカーボンブラックの製造方法。
  2. 【請求項2】第3帯域の温度が、1300〜1650℃
    であることを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の方
    法。
  3. 【請求項3】第3帯域におけるカーボンブラックの滞留
    時間が、3.5秒を越え、10秒以下であることを特徴と
    する特許請求の範囲第1項〜第2項の何れかに記載の方
    法。
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