JPH10130676A - 電気粘性流体用炭素微粉末 - Google Patents

電気粘性流体用炭素微粉末

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JPH10130676A
JPH10130676A JP8302513A JP30251396A JPH10130676A JP H10130676 A JPH10130676 A JP H10130676A JP 8302513 A JP8302513 A JP 8302513A JP 30251396 A JP30251396 A JP 30251396A JP H10130676 A JPH10130676 A JP H10130676A
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JP
Japan
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carbon black
carbon
powder
electrorheological fluid
stokes
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JP8302513A
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English (en)
Inventor
Masataka Kono
正孝 河野
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Tokai Carbon Co Ltd
Original Assignee
Tokai Carbon Co Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 初期粘度が低く、印加電圧に対する優れた粘
性応答性と長期間の分散安定性能を発揮する電気粘性流
体用炭素微粉末を提供する。 【解決手段】 アグリゲートのストークス平均モード径
が170nm以下のカーボンブラックを湿式酸化処理し
て、比誘電率が3.0以上、電気比抵抗が5Ωcm以上と
したカーボンブラックからなる電気粘性流体用炭素微粉
末。好ましくは水分含有量を1wt%以下とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、電気粘性流体の分散相
を形成する固体微粒子として用いられる炭素微粉末であ
って、初期粘度が低く、印加電圧に対する優れた粘性応
答性と長期間に亘り安定した分散性を発現させることが
できる電気粘性流体用炭素微粉末に関する。
【0002】
【従来の技術】電気粘性流体は、誘電体微粒子を電気絶
縁性に優れる流体中に分散させて、電圧の印加により流
体の見掛け粘度が増大し、かつ可逆的に変化する独特の
電気粘性効果を示す流体である。このため、例えばダン
パー、ショックアブソーバー、エンジンマウント等のエ
ネルギー吸収材や防振材などとしての有用性が期待され
ている。
【0003】従来、電気粘性流体の分散相を構成する固
体微粒子としては、セルロース、デンプン、シリカゲ
ル、イオン交換樹脂などが用いられており、これらを使
用した電気粘性流体は特開昭57−47234号公報、
特開昭61−259752号公報、特開平1−2073
95号公報等に開示されている。また、特開昭63−9
7694号公報には、前記のような固体微粒子の表面を
高分子物質で被覆する方法が記載されている。ところ
が、これらの固体微粒子は親水性である関係で、水分の
吸着により経時的に性能安定性が低下したり、温度によ
り特性変化を生じるなど実用面での問題が多い。
【0004】こうした観点から、水分を含まない非親水
性の固体微粒子として炭素質粉末が注目されている。例
えば特開平3−47896号公報には電気絶縁性物質を
被覆して導電率を調整した炭素粉末が、特開平5−70
116号公報や特開平5−193919号公報にはター
ルや樹脂類のような原料を熱処理した特定のC/H比範
囲の炭素粉を低い酸素濃度ならびに水分濃度の雰囲気中
で粉砕、分級して得た炭素粉末またはこれを表面酸化し
た炭素粉末が、特開平5−186786号公報には炭素
質物質を繊維化後粉砕等の方法により得られる形状異方
性を有するカーボン質物質が、また特開平5−1939
19公報には石炭系または石油系のタール、ピッチ等を
焼成炭化して得られる炭素質粉末を湿式酸化処理する電
気粘性流体用炭素質粉末の製造方法が、それぞれ開示さ
れている。
【0005】しかしながら、タール、ピッチ、樹脂など
の焼成炭化や炭素質物質の繊維化は組織変動の機構が非
常に複雑で、処理過程で電気比抵抗の調整をおこなうに
は厳密な制御を必要とするばかりでなく、粘性流体に安
定に分散させるための均一な微粒子を得るための工程負
担が少なくない。
【0006】本出願人は、このような問題点を解消した
新規の電気粘性流体用炭素質微粉として、電気比抵抗が
10〜108 Ωcmで、炭素含有率が99重量%以上の性
状を備えるカーボンクラスターを含むアモルファス質の
スート状微粉末、およびその製造技術として、炭素材料
を不活性雰囲気により20〜500Torrの圧力に保持さ
れた系内で加熱気化させ、気化した炭素蒸気を急速に冷
却再凝固する方法を先に提案した(特開平7−166183号
公報)。
【0007】更に、この特開平7−166183号公報
の技術を改良して、電気比抵抗が10〜108 Ωcmで、
炭素含有量が99重量%以上のフラーレン含有スート微
粉末を基材とし、該基材の表面に膜厚0.5〜2.5nm
の電気絶縁性樹脂層を被覆形成した電気粘性流体用炭素
微粉、および上記フラーレン含有スートを湿式酸化して
酸素含有率を20重量%まで増大させた微粉末を基材と
し、該基材の表面に膜厚0.5〜2.5nmの電気絶縁性
樹脂層を被覆形成した電気粘性流体用炭素微粉を開発
し、特願平7−120548号として提案した。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、フラー
レン含有スートは、炭素質材料をヘリウム等の不活性雰
囲気中で20〜500Torrの圧力に保持された系内で加
熱気化させ、気化した炭素蒸気を急速に冷却再凝固する
ことによって製造され、炭素質材料の気化は抵抗加熱
法、レーザー加熱法、アーク加熱法、高周波プラズマ
法、プラズマジェット法などの加熱手段により4000
℃以上の高温域で行われる。したがって、製造方法が装
置的、操作的に煩雑であり、製造コストも高くなる欠点
がある。
【0009】そこで、本発明者は炭素質材料として安価
なカーボンブラックに着目し、電気粘性流体の分散粒子
として好適なカーボンブラックの特性性状について研究
を重ねた結果、カーボンブラックを湿式酸化処理して比
誘電率、電気比抵抗、アグリゲートのストークス平均モ
ード径などを特定範囲に設定することにより、長期に亘
って安定した分散性能を有する電気粘性流体が得られる
ことを見出した。
【0010】本発明はこの知見に基づいて開発されたも
ので、その目的とするところは、印加電圧に対する粘性
応答性や分散安定性に優れ、安価で容易な手段で得るこ
とのできる電気粘性流体用の炭素微粉末を提供すること
にある。
【0011】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めの本発明による電気粘性流体用炭素微粉末は、アグリ
ゲートのストークス平均モード径が170nm以下のカー
ボンブラックを湿式酸化処理して、比誘電率が3.0以
上、電気比抵抗が5Ωcm以上としたカーボンブラックか
らなることを構成上の特徴とする。
【0012】
【発明の実施の形態】本発明で対象とするカーボンブラ
ック原料としては、アグリゲートのストークス平均モー
ド径が170nm以下であれば特に制限はなく、ファーネ
スブラックをはじめサーマルブラック、アセチレンブラ
ック、チャンネルブラック、ランプブラックなどを用い
ることができる。
【0013】アグリゲートのストークス平均モード径
は、カーボンブラックの粒子が凝集した粒子凝集体(ア
グリゲート)の大きさを示すもので、ディスク・セント
リフュージ装置(Joyce Lobel 社製)にカーボンブラッ
ク分散液を注入し、遠心沈降させて光学的に凝集体のス
トークス相当径の分布曲線を作成し、得られた分布曲線
における最大頻度のストークス相当径から、アグリゲー
トのストークス平均モード径が求められる。この値が1
70nmを越えるとアグリゲートが大きいために分散媒中
においてカーボンブラックの沈降速度が早くなり、電気
粘性流体として長期間に亘って安定な分散状態を維持す
ることができなくなる。
【0014】本発明の炭素微粉末は上記のアグリゲート
のストークス平均モード径に加えて比誘電率が3.0以
上、電気比抵抗が5Ωcm以上の電気的特性を有すること
が必要である。比誘電率が3.0未満では誘電分極が小
さいために、電圧を印加した場合にカーボンブラックア
グリゲート相互の電気的引力による繋がりが小さくな
り、充分な電気粘性効果を付与することができない。ま
た、電気比抵抗が5Ωcmを下回ると電圧印加時に流れる
電流が大きくなりエネルギー効率の低下を招くためであ
る。好ましくは、比誘電率は3.0〜6.0、電気比抵
抗は5〜10000Ωcmの範囲に設定される。
【0015】これらのカーボンブラックは湿式酸化法に
より、表面を適宜に酸化処理して比誘電率3.0以上、
電気比抵抗5Ωcm以上の性状に変性する。湿式酸化は硝
酸酸化、過酸化水素酸化などによる公知の酸化方法が適
用され、誘電率、電気比抵抗は酸化剤の種類、濃度、お
よび酸化処理温度や時間を適宜設定することにより調整
することができる。湿式酸化処理は、硝酸水溶液や過酸
化水素水溶液などの液中にカーボンブラックを入れて撹
拌混合し、常温から120℃の温度において所定時間処
理したのち、濾過分離して充分に水洗、乾燥し、ついで
適宜な粒度に粉砕処理することにより行われる。この酸
化処理は湿式法で行うことが必要であり、空気酸化やオ
ゾン酸化などの乾式酸化法ではカーボンブラック粒子表
面が局部的にエッチングされて細孔が形成され、また黒
鉛化も生じて電気比抵抗が低下するためである。
【0016】これらの特性を備えたカーボンブラック
は、水分含有量が1wt%以下であることが好ましい。電
気粘性流体中の分散粒子に含まれる水分によって、温度
変化に対する電気粘性特性の安定性が保持できなくな
り、また長期間に亘って使用した場合には水分が遊離水
となり電気粘性特性の低下を招くためである。
【0017】
【実施例】以下、本発明の実施例を比較例と対比して具
体的に説明する。
【0018】実施例1〜6 アグリゲートのストークス平均モード径が異なるカーボ
ンブラックを常温の過酸化水素水(濃度66%)あるいは
110℃の硝酸水溶液(濃度66%)中に入れて24時間
撹拌処理して湿式酸化処理したのち、濾過し、充分に水
洗後温度120℃で乾燥し、粉砕して比誘電率および電
気比抵抗の異なるカーボンブラック微粉末試料を調製し
た。これらの各カーボンブラック微粉末試料を、粘度
0.15ポイズ(室温)の電気絶縁性油状媒体〔出光興
産(株)製“ダフニースーパーハイドロLW”〕に10
wt%の割合で均一に分散させ、電気粘性流体を作製し
た。なお、各特性値は下記の方法により測定した。 ストークス平均モード径:ディスク・セントリフュー
ジ装置(Joyce Lobel 社製)により測定した。 比誘電率:カーボンブラック粉末のペレットを作成
後、LCRメーター(HEWLETT.PACKARD 社製)により静
電容量を測定して、比誘電率を算出した。 電気比抵抗:JIS K1469「アセチレンブラッ
クの電気抵抗率測定法」に準拠して測定した。 水分量:JIS K2275「水分試験方法」に準拠
して測定した。
【0019】この電気粘性流体に室温で2kV/mm の電圧
をかけ、流体の粘性変化と流体中を流れる電流値を測定
し、電気粘性流体としての性能を評価した。さらに、5
0日経過後の分散状態を観察した。なお、粘度の測定に
は二重円筒型回転粘度計を使用し、電極間に直流電流を
印加したときの粘度を計測した。得られた評価結果を表
1に示した。
【0020】実施例7 実施例6のカーボンブラック微粉末に水分を吸着させ
て、水分含有量1wt%に調整した試料について、実施例
4と同一の方法により電気粘性流体を作製して、実施例
4と同一の方法で電気粘性流体としての性能を評価し、
その結果を表1に併載した。
【0021】比較例1〜4 アグリゲートのストークス平均モード径が異なるカーボ
ンブラックを温度300℃の空気中で2時間、あるいは
温度900℃の炭酸ガス雰囲気中で6時間、またはオゾ
ン中で2時間、それぞれ乾式酸化処理して得られたカー
ボンブラック微粉末試料を用いて、実施例1〜7と同一
の方法により電気粘性流体を作製し、実施例1〜7と同
一の方法で電気粘性流体としての性能を評価し、その結
果を表2に示した。
【0022】比較例5 アグリゲートのストークス平均モード径が異なるカーボ
ンブラックを用いて実施例1〜6と同一の方法により電
気粘性流体を作製して、実施例1〜6と同一の方法で電
気粘性流体としての性能を評価し、その結果を表2に併
載した。
【0023】比較例6 実施例6の酸化処理したカーボンブラック微粉末に水分
を吸着させて、水分含有量1.8wt%の電気粘性流体を
作製して、実施例1〜6と同一の方法で電気粘性流体と
しての性能を評価し、その結果を表2に併載した。
【0024】比較例7 比較例1のカーボンブラックについて、酸化処理を施さ
ずに電気粘性流体を作製し、比較例1と同一の方法によ
りその性能を評価して、その結果を表2に併載した。
【0025】
【表1】
【0026】
【表2】 (表注)* 1 電流値が2mAを越えたため測定不能。
【0027】表1、2の結果から、本発明の要件を具備
するカーボンブラック微粉末を用いて作製した電気粘性
流体は電圧印加後の粘度の変化が大きく、また安定した
低電流が流れて、50日経過後においても粘度の変化は
認められなかった。なお、水分含有量の多い実施例7で
は50日経過後に、若干粘度変化(低下)が認められ
た。一方、乾式酸化処理を施した比較例1〜4および比
較例7では、比誘電率が低い比較例1は電圧印加時の粘
度変化が少なく、電気比抵抗の小さい比較例2、3、7
では電流が多く流れ、アグリゲートのストークス平均モ
ード径が大きい比較例5ではカーボンブラック微粉末の
沈降が生じ、含有水分量の多い比較例6では50日経過
後に著しい粘度変化(低下)が認められた。
【0028】
【発明の効果】以上のとおり、本発明によればアグリゲ
ートのストークス平均モード径が特定値以下のカーボン
ブラックを湿式酸化処理して得られた比誘電率および電
気比抵抗が特定の値を有するカーボンブラックを用いる
ことにより、初期粘度が低く、印加電圧に対する粘性応
答性に優れ、また長期に亘る分散安定性を備えた電気粘
性流体を得ることができる。したがって、この炭素微粉
末を分散させた電気粘性流体は、例えばダンパー、ショ
ックアブソーバー、エンジンマウント等のエネルギー吸
収材や防振材として有用性が高い。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI C10N 70:00

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 アグリゲートのストークス平均モード径
    が170nm以下のカーボンブラックを湿式酸化処理し
    て、比誘電率が3.0以上、電気比抵抗が5Ωcm以上と
    したカーボンブラックからなることを特徴とする電気粘
    性流体用炭素微粉末。
  2. 【請求項2】 水分含有量が1wt%以下である請求項1
    記載の電気粘性流体用炭素微粉末。
JP8302513A 1996-10-28 1996-10-28 電気粘性流体用炭素微粉末 Pending JPH10130676A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001139841A (ja) * 1999-11-17 2001-05-22 Tokai Carbon Co Ltd ソフト系カーボンブラック
US6827772B2 (en) 2002-05-24 2004-12-07 Cabot Corporation Carbon black and compositions containing same

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JP2001139841A (ja) * 1999-11-17 2001-05-22 Tokai Carbon Co Ltd ソフト系カーボンブラック
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