JPS6254764A - 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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JPS6254764A
JPS6254764A JP60194184A JP19418485A JPS6254764A JP S6254764 A JPS6254764 A JP S6254764A JP 60194184 A JP60194184 A JP 60194184A JP 19418485 A JP19418485 A JP 19418485A JP S6254764 A JPS6254764 A JP S6254764A
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修七 吉村
Giichi Toyonaga
豊永 義一
Shin Kobayashi
伸 小林
Tomozo Yamazaki
山崎 朋三
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔V東上の利用分野〕 本発明は、充填材料、補強材料、導電材料並びに着色顔
料がどの多くの用途を有するファーネス法によるカーホ
ンブラックの型造に関する。
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九導電性を示す
1表面積の大きいカーボンブラックを製造する方法に関
する。
〔従来の技術〕  。
一般的なファーネス法によるカーボンブラックは燃料と
空気又は酸素等の支燃ガスを混合し、燃焼させ比高温ガ
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tたは不完全燃焼ガスに同伴された生成カーボンブ
ラッ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ッ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(峙開昭!rA−217171j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(箱公昭!η
−763μ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、カーボンブラックの表面積を増
大させる方法(M開昭j7−/りsitコ号)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、4?開昭jA−J4C#jj号又は特公
昭j≠−7434!号に開示されている方法ではカーボ
ンブラッ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ftK(いことに加えて、カーボンブラックの基
本形態の調節が困難であり、又、特開昭17−1911
12号に記載されてい−る方法では、生成したカーボン
ブラック中に親水性灰分が増大し、使用分野によっては
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′を
検討した結果、カーボンブラッ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、 Q、1秒〜3秒の温度で処理するととに依っ
て、任意のカーボンブラッ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ックを得ることが出来る事
を見出し先に提案し7t(q!l願昭jターlりlλ0
1)が、この方法では任意のカーボンブラックの基本構
造を有し大きい表面積を有するカーボンブラックt−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
t−与えるミクロポアー率が低下する等の問題点があっ
た。
〔問題点を解決するための手段〕
そこで1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、カーボンブラックの基本形態が形成され大
径に、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秒を越える温度で処理することによ
って。
任意のカーボンブラックの基本構造を有し、大きい表面
積を有するミクロボアーの発達したカーボンブラックを
得ることが出来る事を見出して、本発明に到達し念。
すなわち、本発明の目的は、優れ71!電性を示す1表
面積が大きく1分散性に良好なカーボンブラックを製造
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カ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コ帯域と、第
2帯域に引き続いた下流部であって%得らまたカーボン
ブラックを賦活剤と接触させて賦活するmJ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
を導入するととにより達成される。
以下1本発明の詳細な説明する。
本発明において、カーボンブラック形態すなわち、基本
的な粒子径とストラフチャーを有し、かつ調節さf′し
た表面槽で1分散性に優れたカーボンブラックを構造す
る為には、まず、燃料と酸素含有カスとを混合し、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
あって。
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
ーボンブラックを生成する第2帯域とが必要である。
第2帯域では供給し72:原料炭化水素が十分に熱分解
及び/または不完全燃焼さn1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フチャー並びにそn
らの分布が形成される。
1tLfEコ帯域にはカーボンブラックの基本形態であ
る粒子径又はストラフチャ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
ラッ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ュリー
管等の攪乱域を設置してもよい。
又第コ帯域を変化させるために、原料板化水素注入口の
位fff並びに噴霧角度を変更してもよい。″ 辷の様にして、カーボンブラックの基本形態の整ったカ
ーボンブラックは高温ガス流に同伴され力から、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帯域で化らf′LfCカーボンブラッ
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1本発明において、第J¥f斌とは
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帯域には一1賦活剤の導入によって所望の賦活温度
より湛賓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j〜z o vox %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帯埴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。5701%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a−ル
も困難である。
REVOIT4 以上では賦活剤t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カス量が多くな
り1、とfiK伴い第3帯域でのカーボンブラックの温
度が短くなり、かえって賦活度を低下させてしまうこと
、更には、総排ガス量が多く々リカーボンプラックの分
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
温度であって、lコoo−iroo℃、好ましくは/3
00〜1tro℃である。
1200℃未満では表面積の増大が小さく1too℃以
上では反応が激しく、カーボンブラックの生成収率が低
下するので好ましくないっ第3帯域におけるカーボンブ
ラックの温度は、3秒を越えるものであり、好ましくは
、3秒を越jL70秒以下である。
温度が3秒以下では表面積の増大効果はあるが、ミクロ
ボアー率の高い分散性に優れるカーボンブラックの製造
に支障を生じる。
又、温度が相当に長くなればカーボンブラックの生成収
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、温度は賦活剤導入時点から、第3帯域の後流部に
設けられ念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ととkより温度を変更する
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、その場合には温度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。
このよう圧して得らn+カーボンブラックは反応に供し
たガスと共に移動され、慣用の方法で冷却、分離及び回
収の各工程を経て収集さnる。例えば排ガス中からのカ
ーボンブラックの分離はサイクロン、パックフィルター
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ックの製法に使用される第1帯域
並び忙第3帯域に於ける燃焼高温カス流の調製は、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、−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、クレオンート油、ナフタレン油、カルボ
ン重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
レオンート油、アントラセン油、カルボン酸油等の石炭
系炭化水素やエチレンヘビーエンドオイル、Woo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、ペンタ
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、カーボンブラックの基本形態が形成さ
lrした後にカーボンブラッ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−1優れた分散性
及び導で性を示f高表面積カーボンブラックを工業的に
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/ −、−j 第1図に示す、構造のカーボンブラック製造炉を用い、
該炉の第1帯域に第3表に示す燃料をlりθNrrl/
hrとjO℃の燃焼用空気/ 000 N J/br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l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、第コ帯域でカーボンブラ
ック粒子を生成させ±6次いで第3帯域では賦活剤導入
ノズル弘から第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、第コ帯蛾で生成したカーボンブラックを第1表に
示す温度及び温度で賦活処理を行った。温度は第1冷却
水導入ノズルjの位置を変更することにより行った。第
1冷却水導入ノズル!及び第2冷却水導入ノズルtより
冷却水を噴霧するととKよって冷却されたカーボンブラ
ックはサイクロンとバッグフィルターで捕集し1粒子径
、表面積、吸油量及びミクロボアー率を測定した。得ら
t′L7?、結果を第1表に示す。
実権f113〜j 第7図に示す構造のカーボンブラック製造炉を用い、該
炉のWJl帯域に第3表に示す燃料を/ ’I−j N
i/hrとjOO℃の燃焼用空気/ ODDNm”/h
r  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ッ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リから第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
ックを第1表に示す温度及び温度で賦活処理を行った。
以下実施例1−2と同様に処[L、カーボンブラックの
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
カーボンブラックを製造した。得られたカーボンブラッ
クの物性を測定し、その結果を第1表に示す。
比較例コ 実施例3〜j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ックの物性を測定し、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ッ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)  ’4子顕g!L鏡による直接測定であり1面
積平均粒子径である。
(2)比表面積 EFT法によるものである。即ち、低温窒素吸着法によ
りカーボンブラックの窒素吸着量を測定し、これからE
FTの式を用い多点法により算出する。
r3)I)BP吸油量 ジブチルフタレー) (DBP)を周込てI工S−に−
61,2/−A法(機械法)に率拠して測定する。
(4)  ミクロボアー率 (2)項の比表面積測定装置を用い、インクレークラン
ストンの式により、10〜j(70にの細孔容積を求め
この容積から下式を用いて算出する。
ミクロボアー率(%) lO〜コ0Atでの細孔容積 二            xto。
1o−soAまでの細孔容禎 第2表 第3表
【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。 l:原料炭化水素供給ノズル コニ燃料#1;始乳噴霧ノズル 3:酸素含有ガス供給ノズル グ:賦活剤導入ノズル j:第1冷却水導入ノズル 6:第2冷却水導入ノズル 7:補助加熱用高温カス供給ノズル r:第1帯域   タ:第2帯域 lO:第3帯域 ll:煙 道 出 願 人  三菱化成工業株式会社 代 理 人  弁理士 長谷用  − ほかI名

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. (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つ
    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1
    200℃〜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. (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. (3)第3帯域におけるカーボンブラックの滞留時間が
    、3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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