JPH10251538A

JPH10251538A - カーボンブラック成型体

Info

Publication number: JPH10251538A
Application number: JP6052797A
Authority: JP
Inventors: Tadashi Hashiguchi; 正橋口; Michihiro Ikeda; 道弘池田; Takaharu Yamamoto; 隆晴山本
Original assignee: Mitsubishi Chemical Corp
Current assignee: Mitsubishi Chemical Corp
Priority date: 1997-03-14
Filing date: 1997-03-14
Publication date: 1998-09-22

Abstract

(57)【要約】【課題】新規且つ有用な形態であり各種の用途に汎用的
に使用することができるカーボンブラックを提供する。【解決手段】切れ目を有するカーボンブラック成型
体。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、新規且つ有用な形
態であり各種の用途に汎用的に使用することができるカ
ーボンブラックに関する。

【０００２】

【従来技術】カーボンブラックは黒色顔料として代表的
なものであり、その他にもゴム組成物における補強材料
等、様々な用途に使用されている。ところで現在、ファ
ーネス法により製造されたカーボンブラック（以下、
「ファーネスブラック」という。）が、カーボンブラッ
ク市場における主流として流通している。カーボンブラ
ックは歴史的にはランプブラック、サーマルブラックが
存在したが、現在では市場の製品のほぼ大部分が、１９
４２年にフィリップスが開発したファーネス法、すなわ
ち１３００℃以上に加熱した炉内に、原料油を噴霧して
カーボンブラックを得る方法によるものとなっている。
これは、その収率の高さ等の生産性に優れると同時に、
ファーネスブラックの特性、特にその粒子径及びストラ
クチャーの小さいものを得ることができ、インク、塗料
の黒色度を高め優れた性能を発揮することができること
に起因していると考えられる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】一方、上述のファーネ
スブラックは、その小粒子径、小ストラクチャー及び表
面吸着物質が少ないことに起因し、ビヒクルへの分散が
困難となる傾向にある。更に小粒子径であり嵩密度が低
いために、発塵性、汚染性等の問題があり、使用・輸送
に際して環境上の問題も大きい。すなわち、ファーネス
法で製造されたカーボンブラックは、通常、製造直後の
嵩密度が０．１ｇ／ｃｃ前後という極めて低い値を示
す。この低い嵩密度の値が起因して、包装袋のコスト、
倉庫での保管費用、トラック・貨車、船舶での輸送コス
トが高く、流通・使用時の発塵も多く、環境を汚染しや
すい。

【０００４】かかる問題を解決するために、通常、ビー
ズ品と呼ばれる乾式造粒品や湿式造粒品が用いられてい
る。ビーズ品は嵩密度が０．３〜０．５ｇ／ｃｃと未処
理のカーボンブラックに比較してかなり嵩密度が高い。
しかし、計量時における粉塵発生の抑制や輸送時の造粒
物の粉化の抑制は充分とは言えない。また、造粒によっ
て塗料やインクの原料であるワニスや樹脂といったビヒ
クルへの分散性が悪くなり、ビーズ品は使用できない場
合がある。これに関して本発明者らの知見によれば、ビ
ース品はその造粒過程において、長いストラクチャー構
造を有するカーボンブラック粒子が相互に絡まりながら
造粒されるため、分散性が劣るものとなることも考えら
れる。

【０００５】このように、カーボンブラック、特に小粒
径とすることができるファーネスブラックのハンドリン
グ性すなわち取り扱い時の容易さと、ビヒクルへの分散
性は、二律背反関係にあり、ハンドリング性と分散性と
を同時に解決することは、極めて困難であると考えられ
てきた。例えば、カーボンブラック協会編「カーボンブ
ラック便覧＜第三版＞」（Ｐ．５６３）には、『汚染が
少なくハンドリング性の優れるカーボンブラック、イン
キの生産や品質を更に向上させる為の易分散性カーボン
ブラックの開発が大きなニーズとなって来るものと考え
られる。カーボンブラックのハンドリング性と分散性は
二律背反関係にあり、界面化学やレオロジー、カーボン
ブラック形態や包装、出荷形態等の垣根を越えた改善が
必要である。』と記載されていることからも判るよう
に、カーボンブラック業界において、ハンドリング性と
分散性を同時に解決することは極めて困難であると広く
認識されており、従来から様々な提案がなされている
が、この２つの問題を同時に解決した例は無い。

【０００６】一方、一般的に嵩高い粉体を、嵩密度を向
上させて粉塵飛散、輸送・貯蔵コストの低減を図るため
に粉体を包袋に充填して脱気、加圧を行うことが従来よ
り試みられている（特公昭５５−４４７８４号公報、特
公昭５５−４１２６９号公報、特開昭５４−４４９９５
号公報、特開昭５４−１４６１９８号公報、特開平３−
１９９２７２号公報）。しかしながら、この場合、使用
時に包袋を開ければ、粉体の状態でむき出しになるた
め、粉塵発生を防ぐことはできない。特にファーネス法
で得られるファーネスブラックを始めとするカーボンブ
ラックのように嵩高く飛散しやすい粉体では、粉塵発生
による汚染が大きいことは上述のとおりでありこれらの
従来技術では解決策とはならない。また、上述したよう
にカーボンブラックでは分散性とハンドリング性とを同
時に解決することは極めて困難であると考えられてきた
ため、上記技術においてカーボンブラックが固化するま
で加圧することはむしろ望まれてはいなかったと考えら
れる。

【０００７】ファーネスブラック登場以前に存在したラ
ンプブラック等のカーボンブラックについては、例えば
イギリス特許５５１，８６２号（１９４１年出願）では
ランプブラック等をプレス脱気して嵩密度を向上し、ハ
ンドリング性を向上することが試みられており、イギリ
ス特許６１８，９５５号（１９４６年出願）では、イギ
リス特許５５１，８６２号におけるプレス脱気を行うた
めの装置が提案されている。また、ドイツ特許１３０２
３８２号（１９６６年出願）では、プレスにより密度を
高くする装置により０．１６０〜０．４８０ｇ／ｃｃの
ランプブラック成形体を得たと記載されている。

【０００８】また、ファーネスブラックについても、例
えば特開平３−２５９９６２号功報ではカーボンブラッ
クの水スラリーを吸引濾過後ブロックのまま乾燥して、
ブロックの表面にカゼイン・デンプン・ポリビニルアル
コール水溶液と、スチレン・ブタジエンラテックスまた
はアクリル系ラテックスを塗布することによりハンドリ
ング性を向上することを試みている。しかし、この方法
では超微粉であるカーボンブラックのスラリーを作製
し、更にこのスラリーを濾過、乾燥する必要があり、多
大な労力及びコストを要する。しかも得られるブロック
は、分散性が大きく低下することが考えられる。

【０００９】また、特開平６−１２２１１１号公報では
カーボンブラック粉体を密閉型成形容器に仕込み、減圧
処理した後、該容器内の圧力を常圧に復元することによ
り成形体を得ている。しかし、減圧により加えられる成
形圧力は大気圧（約１．０３ｋｇ／ｃｍ²)以下であり、
得られる成形体は柔らかく、輸送コストや倉庫費用を小
さくするほど嵩密度を大きくすることはできない。ま
た、得られる成形体表面には大きな凹凸が発生すること
が判った。これは、嵩高い粉であるカーボンブラックを
気圧差により圧密するため、仕込んだカーボンブラック
の一部が吹き飛んだりするためではないかと考えられ
る。このため、輸送中の粉化や破損が発生し、ハンドリ
ング性（コンパクト性）と分散性を同時に解決してはい
ない。

【００１０】このように、ファーネスブラックについて
は、従来一般的に認識されていたハンドリング性と分散
性の二律背反関係を解決し、これらを同時に満足する技
術は未だ見出されず、依然として粉末状、又は粒状の製
品が流通し、粉塵等上述の問題を解決することはできな
かった。すなわち、貯蔵・輸送コスト、ハンドリング・
環境の向上を図ることによってカーボンブラックを塗
料、インキ、樹脂着色やゴム補強用等各用途に使用した
際の基本特性を損なったのでは、製品として満足される
べきものとは認められず、市場に受け入れられることは
できない。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明者らは上記課題を
解決すべく、鋭意検討を重ねた。その結果、カーボンブ
ラックを加圧成型して成型体とすることにより、上述し
たように従来二律背反と認識されてきたハンドリング性
及びビヒクルへの分散性を同時に解決する、すなわちハ
ンドリング性を大きく向上するとともに分散性も十分な
ものとすることができることを見出した。さらに、かか
るカーボンブラック成型体を切れ目を有するものとする
ことにより、複数の顕著な効果が得られることを見いだ
した。第一の効果として、カーボンブラック成型体に切
れ目を設けることにより原料投入時の、解砕度の向上を
図ることが出来る点である。これによりビヒクルと混合
する際の成型体の分散度が向上、分散工程の簡略化が図
れる。

【００１２】第二の効果としては、適切な形状、大きさ
の切れ目を設けることにより、原料投入時の計量が著し
く省力化出来、計量性も向上する。適切な形状としては
例えば、台形の規則的凸凹パターンをもった形状が挙げ
られる。第三の効果としては、計量等による解砕の際の
発塵がほとんど皆無になるため、作業環境改善に著しく
貢献する。すなわち、本発明は、切れ目を有するカーボ
ンブラック成型体に存する。本発明は又、輸送・貯蔵コ
ストを大幅に低減すると同時に輸送時・使用時の環境汚
染問題を解決する画期的なものである。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明を詳細に説明する。
まず、本発明で使用するカーボンブラックは、ファーネ
ス法で製造したカーボンブラック、アセチレンブラック
等各種のカーボンブラックが挙げられる。これらのうち
特に、ファーネス法で製造したファーネスブラックを用
いた場合、その分散性の保持に極めて顕著な効果を発揮
する。更に、漆黒度向上の効果も大きなものとなる。ま
た、これらのカーボンブラックを各種の酸化剤等で後処
理したものを使用することもできる。

【００１４】カーボンブラックの粒子径は、特に制限さ
れないが、特に１〜６０ｎｍ、更に１〜５０ｎｍの小粒
子径の範囲で分散性、ハンドリング性向上の効果が高
く、また漆黒度の向上にも高い効果を発揮する。かかる
範囲の微細な粒子径を有するカーボンブラックは、カー
ボンブラック同士の凝集性が強く、インク、塗料、着色
樹脂、ゴム等を製造する際に分散が特に困難であった。
これらの分散が困難なカーボンブラックにおいて、本技
術の利点が大いに発揮できるという利点も挙げられる。

【００１５】本発明においては、これらカーボンブラッ
クを加圧して成型した加圧成型体とする。この際使用す
る型としては、成型時の印加圧力に耐えうる強度を有し
ていれば如何なる材質の型を用いてもよい。例えば金属
製の型としてはＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３１６等のステン
レス製金型、タングステンカーバイド等の超鋼等が使用
できる。又、樹脂製型としては、ポリ四フッ化エチレン
（ＰＴＦＥ）（商標：「テフロン」）、ポリ三フッ化塩
化エチレン（ＰＣＴＦＥ）、ポリ四フッ化エチレン・六
フッ化プロピレン（ＦＥＰ）等のフッ素系樹脂製型、ナ
イロン、ポリエチレン、ポリカーボネイト、フェノール
樹脂等のプラスチック類、更に複合材料としてＣＦＲ
Ｐ、ＧＦＲＰ等のＦＲＰ、セラミックス製型としては、
アルミナ、ジルコニア、ムライト等が使用挙げられる。

【００１６】型の大きさは制限されないが、実用的には
１ｃｃ以上、好ましくは１００ｃｃ以上のものが挙げら
れる。１ｃｃ未満では輸送が煩雑となるためである。な
お、目的、使用状況に応じた成型体の形状とするべく、
各種形状の型を用いることができる。例えば、大量を積
載するのに適した角柱状の他、転がり性、使用時の釜へ
の投入の容易さを考慮した円柱状、識別性を考慮した刻
印、ビヒクルへの分散性を考慮して孔等を入れてあって
もよい。カーボンブラック成型体の形状を多角形の断面
を有する柱状体、特に直方体或いは立方体とすれば、カ
ーボンブラックを輸送するトラックや貨車或いは倉庫が
一般的に直方体であることから、これらの空間を隙間無
くカーボンブラック成型体で充填できるため、輸送コス
トや倉庫保管費用の削減には特に好ましい。

【００１７】加圧に使用するプレス機としては、油圧機
械式プレス機、油圧ハンドプレス機、機械式プレス機、
エアーシリンダー式プレス機等、加圧成型できるもので
あれば如何なるプレス成型機でもよい。型の形状も特に
制限されず、所望の成型体の形状にしたがって、三角形
あるいはその他の多角形の断面を有する柱状体、特に立
方体あるいは直方体の成型体とすることができ、取り扱
いの点からも好適である。カーボンブラックを上述の型
に入れ、加圧することにより成型する。この際、得られ
る成型体の密度を以下の範囲とするのが望ましい。

【００１８】すなわち、密度ρ（ｇ／ｃｃ）を、

【式２】ρ＝８．１９０×１０^ー3Ｄー３．８２４×１０
^ー3Ｌ＋０．５１６以上、 ρ＝３．２６５×１０^-3Ｄ−３．３３４×１０^-3Ｌ＋
１．１７３以下、とする。

【００１９】より好ましくは、

【００２０】

【式３】ρ＝８．６８６×１０^-3Ｄ−４．０３１×１０
^-3Ｌ＋０．５４３以上、 ρ＝３．１２３×１０^-3Ｄ−３．１８９×１０^-3Ｌ＋
１．０７２以下、がよい。なお、成型体の密度とは、成型体の質量
を体積で割って得た値である。

【００２１】上記の各式において、Ｄ（ｎｍ）はカーボ
ンブラックの電子顕微鏡による算術平均粒子径、Ｌ（ｍ
ｌ／１００ｇ）とする）はＤＢＰ吸油量である。ここ
で、ＤＢＰ吸油量は、ＪＩＳＫ６２２１−１９８２に
準拠した方法で測定した値である。また、カーボンブラ
ックの粒子径は、以下に示す方法による測定値である。
カーボンブラックをクロロホルムに投入し２００ＫＨｚ
の超音波を２０分間照射し分散させた後、分散試料を支
持膜に固定する。これを透過型電子顕微鏡で写真撮影
し、写真上の直径と写真の拡大倍率により粒子径を計算
する。この操作を約１５００回にわたって実施し、それ
らの値の算術平均により求める。密度を上記の範囲とす
ることにより、ビヒクルへの分散性等カーボンブラック
の基本特性を損なうことなく、取り扱い性の特に優れた
ものとすることができる。

【００２２】更に、インキ、塗料等に用いた際の漆黒度
が原料粉末に比べ、向上させることができるという、意
外な効果をも発揮する。これらの効果は、上記のより好
ましい範囲として記載した範囲において、特に顕著に発
現される。なお、本発明のカーボンブラック成型体は、
粉化率が４０％以下、より好ましくは２０％以下とした
ものが特に好ましい。粉化率としては、カーボンブラッ
ク加圧成型体を２５±１ｇ（Ｗ）迄精秤し、ＪＩＳＫ
−６２２１に準拠した直径２００ｍｍ、目開き１ｍｍの
篩に入れる。この篩に受け皿と蓋を取り付け、ＪＩＳ
Ｋ−６２２１に準拠した振とう機で２０秒間打撃を与え
ながら振とうする。振とう機から受け皿を取り外し、受
け皿中のカーボンブラックの重量を０．０１ｇ迄精秤
し、これを振とう後の重量（Ｗ_R)とし、次式によって求
めた値である。

【００２３】

【式４】粉化率（％）＝（Ｗ_R／Ｗ）×１００粉化率を４０％以下とすることにより、輸送中に成型体
に加わる振動や摩擦等の外力による粉化を防止でき、ハ
ンドリング性が特に優れたものとなる。また、原料であ
る粉状カーボンブラツクの嵩密度とカーボンブラツク成
型体の密度との比（以下、「嵩密度比」ともいう。）が
２．５〜８倍、より好ましくは３〜７倍とするのが良
い。この嵩密度比が２．５よりも低い場合、成型体のコ
ンパクト性が低下する傾向にある。一方、嵩密度比が８
を超えると、分散性が低下する傾向にある。嵩密度比が
２．５〜８とすれば、コンパクト性と分散性とが同時に
極めて好ましい範囲で満足される。

【００２４】加圧成型時の圧力（成型圧力）は、２〜５
００Kgf/cm²、より好ましくは５〜４００Kgf/cm²とする
のがよい。成型圧力が２Kgf/cm²を下回ると、コンパク
ト性が低下、粉化率が増加する傾向にある。一方、成型
圧力が５００Kgf/cm²よりも高い場合、通常のインクや
塗料等の製造時に使用される分散機では、分散性が十分
でないことがある。一方、これ以上圧力を高くしてもコ
ンパクト性向上の効果は殆ど得ることができない。この
ため、インク、塗料、着色樹脂、ゴム等を工業的に製造
する際に使用するカーボンブラック成型体としては、２
〜５００Kgf/cm²で加圧成型するのが適当である。

【００２５】なお、加圧成型に際しては、予めカーボン
ブラック粒子間の気体を減圧チャンバーを用いて脱気し
た後、加圧成型する態様を採ることもできる。摺動可能
なシリンダーとピストンとを有する型に、成型しようと
する原料であるカーボンブラック粉末を充填する。シリ
ンダー上部にセットした真空チャンバー内及びシリンダ
ー内はガスケット材によりその外部と実質的に遮断され
る。次に、真空チャンバーに接続した真空ポンプを機動
させて真空状態を保持したまま、ピストンを下降させシ
リンダー内のカーボンブラックを加圧成型する。その
後、真空ポンプの運転を停止し、チャンバー及びシリン
ダー内の雰囲気圧力を大気圧に戻す。その後、真空チャ
ンバーとピストンを上昇させてカーボンブラック成型体
を取り出すことにより、減圧チャンバーによるカーボン
ブラック粒子間の気体の脱気及びこれに引き続くカーボ
ンブラックの加圧成型を行うことができる。

【００２６】この際、減圧時の圧力は、０．０１〜５０
０Ｔｏｒｒで行うのが好ましい。５００Ｔｏｒｒ以下に
おいて、粒子間の脱気が非常に容易であり、一方０．０
１Ｔｏｒｒ以下としても格別の優位性を示すことなく、
高真空にする煩雑性が増すのみであるためである。本発
明においては、こうして得られたカーボンブラック成型
体に切れ目を形成する。ここで切れ目とは成型体の表面
に形成された凹部であって隣接する凸部に比較して幅の
狭い部分をいう。切れ目は凸凹の凹部の深さ、幅、凸部
の幅、間隔のよって主に規定されるが、目的とする折り
易さ、構造強度等に鑑みてこれらのパラメーターを調整
すればよい。

【００２７】成型体に切れ目を設ける手段も特に制限さ
れない。１つの手段としては、一旦上述のカーボンブラ
ック成型体を形成し、これをカッター刃等で彫る、ドリ
ルのよる溝掘り、特に円柱状の物に有効であるバイト切
削などによる成型体への凹部形成で、切れ目を入れる等
の手段を採ることができる。上述のカーボンブラック成
型体は取り扱いに際して十分な強度を有しているのでハ
ンドリング性に優れ、粉立ちを防止できるものである
が、このように比較的簡単な手段でその形を変化させる
こともできるためである。あるいは、予め目的とする凸
凹パターンを持った型によりカーボンブラックを加圧成
形して、得られる成型体に切れ目を設けることもでき
る。以下、本発明を実施例により、更に具体的に説明す
る。

【００２８】実施例１（１）切れ目つき成型体の作製油研株式会社製炭素鋼金型（内法１５０mm×１５０mm、
高さ３６０mm）に、予め図１に示す様な成型体が加圧成
型できる型を設置した。図中、凹部深さ（１）は７．５
ｍｍ、凹部幅（２）は０ｍｍ、凸部幅（３）４５ｍｍ、
凸部間隔（４）は５ｍｍである。これに三菱化学（株）
製カーボンブラック「ＭＡ７」（嵩密度０．２２ｇ/c
c）を５００ｇ入れ、油研株式会社製２０ｔｏｎ油圧プ
レスにセットした。成型圧力４４ｋｇｆ／ｃｍ²で加圧
成型し、厚さ３５ｍｍ、成型密度０．６３ｇ/ccの成型
体を得た。（２）切断成型体の計量得られた成型体を各９つのブロックに手動で割った。得
られた各々のブロックの重量を測定すると、各々、５
６．３ｇ、５５．４ｇ、５５．５ｇ、５５．０ｇ、５
３．９ｇ、５５．３ｇ、５５．５ｇ、５５．８ｇ、５
４．３ｇであり、３．０ｇ分の破片が出た。

【００２９】比較例１実施例１で用いた凹凸を有する型の代わりに、平板の型
を用いて凹凸を有さない直方体状のカーボンブラック成
型体を作製した。得られたカーボンブラック成型体を、
実施例１と同様に９つのブロックに手動で割った。得ら
れた各々のブロックの重量を測定すると、各々、５．３
ｇ、５５．４ｇ、８５．５ｇ、２５．８ｇ、３３．０
ｇ、７５．６ｇ、５０．５ｇ、５５．８ｇ、１６．３ｇ
であり、９６．８ｇ分の破片が出た。実施例、比較例か
らもわかるように、本発明の切れ目を有するカーボンブ
ラック成型体は、容易に定量的に分割することができ
る。

【００３０】

【発明の効果】本発明により、カーボンブラックの基本
特性を損なうことなく、コンパクト性に優れ、計量する
際の省力と作業環境性に優れるカーボンブラック加圧成
型体を得る。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１で得られた成型体を示す図

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】切れ目を有するカーボンブラック成型体。
【請求項２】凸凹パターンの切れ目を有することを特徴
とする請求項１に記載のカーボンブラック成型体。
【請求項３】台形状の規則的な凸凹パターンの切れ目を
有することを特徴とする請求項２に記載のカーボンブラ
ック成型体。
【請求項４】カーボンブラック成型体が、カーボンブラ
ックを型に入れて２〜５００ｋｇｆ／ｃｍ²で加圧成型
してなることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記
載のカーボンブラック成型体。
【請求項５】カーボンブラック成型体が、ファーネス法
で得られたファーネスブラックを加圧成型してなること
を特徴とする請求項４記載のカーボンブラック加圧成型
体。
【請求項６】カーボンブラック成型体の密度ρ（ｇ／ｃ
ｃ）が、【式１】ρ＝８．１９０×１０^-3Ｄ−３．８２４×１０
^-3Ｌ＋０．５１６以上、 ρ＝３．２６５×１０^-3Ｄ−３．３３４×１０^-3Ｌ＋
１．１７３である請求項１〜５のいずれかに記載のカーボンブラッ
ク成型体。（ただしカーボンブラックの電子顕微鏡によ
る算術平均粒子径をＤ（ｎｍ）、ＤＢＰ吸油量をＬ（ｍ
ｌ／１００ｇ）とする）