JPS592711B2 - 改質カ−ボンブラックの製造法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は酸化処理による改質カーボンブラックの製造
法に関するものであつて、その目的は水分散性の優れた
カーボンブラックを製造することにある。

一般に、カーボンブラックは極性が小さく、従つて水
にぬれにくく、水中で良好な分散状態が得難い代表的な
顔料であつて、水性の塗料や印刷インキに使用する場合
、安定した分散状態を維持することが困難である。

従来、塗料、印刷インキ、プラスチックス等の顔料と
して使用されているカーボンブラックはフアーネス型と
チャンネル型が大部分を占めていたがそのうちチャンネ
ル型は原料（天然ガス）の供給不足、低収率、製造時に
おける大気汚染等の問題があり、一部を除いて製造が中
止されており、現在生産量の大半はフアネス型が占めて
いる。

しカル乍ら、前述のように、カーボンブラックは極性
が小さく、水に湿潤しにくく、水中で良好な分散状態が
得難いが、この傾向はフアーネス型において特に顕著で
ある。

このことはチャンネル型に比してフアーネス型の方が、
はるかに揮発分が少ないことに基づくものであつて、こ
の違いは製造工程の相違によるものである。 即ち、チ
ャンネル型カーボンブラックの製造に当つては、高温で
長時間空気にさらす工程があり、この工程において、カ
ーボンブラックの粒子表面に酸素が結合し、表面化合物
を形成するため、揮発物が多くなるものと思われる。

上記のような見地から、フアーネス型カーボンブラッ
クも酸化処理を施すことによつて、揮発分み多いものに
改質し、水にぬれ易く、水中への分散性を向上させるた
めの試みがなされ、本発明者らもフアーネス型カーボン
ブラックを硝酸や次亜塩素酸ナトリウム等の酸化剤をも
つて湿式酸化したり、或いは電気炉中で２５０℃〜３０
０℃で加熱する方法で処理することにより水に対するぬ
れを改善し同時に、水中での分散性を向上させることに
成功した。

〔色材協会誌、４５巻、６３７（１９７２）、色材協会
誌、４８巻、４３７（１９７５）〕。 然し乍ら、これ
らの方法による酸化処理では、ぞの効果、収率、後処理
の必要性等に問題点があり、実用的とはいえなかつた。

即ち、薬品による湿式酸化処理によれば、水分散性も向
上し、処理効果は認められるが、処理後の洗浄、淵過に
よる処理薬品の除去が困難であつて実用的とはいえず、
又加熱による酸化処理によつては、実用的な処理効果が
得られなかつた。本発明者らは、これらの問題点を一挙
に解決する酸化方法を見出すため、更に研究を重ねた結
果、本発明に係る改質カーボンブラツクの製造法を完成
するに至つたのである。

本発明に係る方法によつて製造された改質カーボンブラ
ツクは水中や各種水性ビヒクル中への分散性が抜群によ
く、薬品による湿式酸化処理の場合のように困難な洗浄
、淵過等の後処理を行う必要もないので、十分に実用に
供し得るものである。

以下に、本発明の構成を詳細に説明する。本発明に係る
改質カーボンブラツクの製造方法はカーボンブラツクを
低温プラズマ処理装置のプラズマチヤンバ一内に入れ、
チヤンバ一内を脱気したのち、排気しながら、一定流量
の酸素ガス又は酸素含有ガスを流し、高周波をかけてプ
ラズマ状態を維持して酸化処理を行うことを特徴とする
方法である。

プラズマ処理の際、留意せねばならぬことは、酸素流量
が多過ぎると、チヤンバ一内の真空度が低下し過ぎ、プ
ラズマが不安定になること、高周波出力が強過ぎるとカ
ーボンブラツクの灰化が促進され、製品収率が悪くなる
こと、又それにともなつて処理効果が十分発揮できなく
なる場合があること等である。

これ等のことを考慮すると酸素ガス流量は、少．くとも
プラズマ状態を維持できる程度の真空度になるように流
速を設定し、高周波出力はカーボンブラツクの灰化が可
及的に起らぬ程度に抑える必要がある。

また、酸素ガスとしては酸素そのものを単独で使用して
も、酸素源として空気を使用しｊても、或いは酸素と窒
素や不活性ガスなどとの混合ガスを使用することも可能
である。混合ガスを使用する場合の酸素の混合割合は任
意に設定して可であるが、工程、処理コスト等を考慮す
ると酸素源として空気を用いて低温プラズマ処理するの
が最も実用的である。

以下、実施例によつて本発明を説明する。

実施例 １ 高周波出力（１３．５６ＭＨＺ）が最高５０Ｗのパイレ
ツクス製プラズマチヤンバ一（内径約７礪、長さ約１６
鑞）を４個備えた低温プラズマ灰化装置の各プラズマチ
ヤンバ一の中央に、フアーネル型カーボンブラツク（三
菱＃４４）３９を入れたパイレツクス製試料ボードを１
個づつ置き、チヤンバ一内を０．５ｍ７ＩＬＨｇで１時
間脱気したのち、排気しながら、１００ｍ１／Ｍｉｎの
速度で酸素ガスを流しつ＼、高周波出力２Ｗとして２時
間プラズマ状態を維持して改質カーボンブラツクを製造
した。

この改質カーボンブラツク及び未改質カーボンブラツク
の比表面積、ＰＨ、浸漬熱の測定結果を表−ｌに示す。
尚、比表面積はＢＥＴ法により測定し、ＰＨはカーボン
ブラツク１ｇを水１００ｍ１中に加えて１５分間煮沸し
、４８時間放置後、サスペンシヨンのＰＨをＰＨメータ
ーで測定、浸漬熱は双子型恒温壁熱量計ＴＩＣ−２Ｃ型
（東工理工製）を使用して水について３０℃で測定した
値である。

この表より見て、本発明に係る方法により製造した改質
カーボンブラツクの…は未改質カーボンブラツクのＰＨ
より著しく小さくなつており、低温酸素プラズマ処理に
よつて、カーボンブラツクの粒子表面は酸化され、酸性
の含酸素表面化合物が著しく増加していることが推定さ
れる。

又、改質カーボンブラツクの水に対する浸漬熱は未改質
カーボンブラツクの約２倍の値を示し、低温酸化プラズ
マ処理によつて水に対するぬれも著しく向上しているこ
とが認められる。

未改質カーボンブラツクは水にぬれ難く、水中や水溶性
マレイン酸樹脂水溶液中での分散性も甚だ悪いのに比し
、本発明に係る方法により製造した改質カーボンブラツ
クは水に極めてよくなじみ、水中や水溶性マレイン酸樹
脂水溶液中でも分散性も優秀で、極めて短時間の攪拌に
より均一で良好な分散状態が得られた。

実施例 ２ 実施例１と同一条件のもとにチヤンネル型カーボンブラ
ツク（ＥｘｃｅＩｓｉＯｒエクセルサ一）を低温酸素プ
ラズマで処理して水分散性が良好で、優れた流動特性を
もつ改質カーボンブラツクを得た。

実施例 ３実施例１において低温酸素プラズマ処理の際
の高周波出力を５Ｗとして、実施例１と全く同様な物性
の改質カーボンブラツクを得た。

実施例 ４ 実施例１に訃いて酸素源として酸素ガスの代りに空気を
用いて同一条件で低温酸素プラズマ処理を行ない、実施
例１と同様な水分散性の改質カーボンブラツクを得た。

実施例 ５ 実施例１において酸素源として酸素ガスの代りに酸素ガ
ス１０％を含むヘリウムガスを用いて同一条件で低温酸
素プラズマ処理を行ない実施例１と同様な改質カーボン
ブラツクを得た。

本発明に係る改質カーボンブラツクの製造法の構成は上
述の如くであるが、この方法により製造した改質カーボ
ンブラツクは、水に極めてぬれ易く、水やアルキツド系
、アクリル系、又はマレイン化油系などの水溶液への分
散性も極めて優秀であつて、未改質のカーボンブラツク
と比較して格段の向上が見られ著しく容易に、良好な分
散状態が得られる。

次に種々の条件で製造した改質カーボンブラツクの水中
への分散性を調べた結果を表−２、及び表−３に示す。

表−２はフアーネス型カーボンブラツク（三菱＃４４）
とチヤンネル型カーボンブラツク（エクセルサ一）を酸
素ガスを用いて低温酸素プラズマ処理した結果を示し、
表−３はフアーネス型カーボンブラツク（三菱＃４４）
を空気を用いて低温酸素プラズマ処理した結果を示す。

上記の結果に示すように、本発明に係る改質カーボンブ
ラツクは水に極めてぬれ易く、水中若くは各種水性ビヒ
クル中の分散性が優秀であるが、その理由は、低温酸素
プラズマ処理によつてカーボンブラツクの粒子表面が酸
化されて、粒子表面に含酸素酸性表面化合物、例えばカ
ルボキシル基、フエノール基等が形成され、これが水に
対する湿潤性や電気的反発力に寄与するものと考えられ
る。

以上述べたように、本発明に係る改質カーボンブラツク
の製造法は、水及び水溶性ビヒクルに対し分散性の極め
て優れたカーボンブラツク顔料を容易に、而も後処理等
を要せずして収率よく製造することに成功したものであ
つて、この発明は塗料工業、印刷インキ工業、プラスチ
ツク工業等に大きく貢献することの期待されるものであ
る。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ カーボンブラックを低温酸素プラズマ処理すること
   を特徴とする水分散性改質カーボンブラックの製造法。