KR100405399B1

KR100405399B1 - 카아본블랙및이의제조방법

Info

Publication number: KR100405399B1
Application number: KR1019960028309A
Authority: KR
Inventors: 시닌찌 가나마루; 유따까 후꾸야마; 히데유끼 히사시
Original assignee: 미쓰비시 가가꾸 가부시키가이샤
Priority date: 1995-07-14
Filing date: 1996-07-13
Publication date: 2004-04-03
Also published as: EP0753547B1; EP0753547A3; DE69612702D1; KR970006417A; DE69612702T2; EP0753547A2; JPH0987541A; JP3373712B2; US6096284A

Abstract

본 발명은 칠흑도가 높고, 또한 분산성이 뛰어난 수지착색용 카아본 블랙에 관한 것으로, SN₂가 180 m²/g ∼ 250 m²/g이고, DBP 흡유량이 60ml/100g ∼ 100ml/100g 이고, CrDBP이 50ml/100g ∼ 62ml/100g 이고, △DBP가: 11 이하이며, SN₂/SEM가 1.2 내지 1.5 인 수지착색용 카아본 블랙에 관한 것이다.

Description

카아본 블랙 및 이의 제조방법{Carbon black and the process for producing the same}

본 발명은 카아본 블랙 및 이의 제조방법에 관한 것이며, 특히 칠흑도(漆黑度)가 높고, 또한 분산성이 탁월한 착색용 카아본 블랙 및 이의 제조방법에 관한것이다.

카아본 블랙을 수지착색, 도료용 혹은 그 외의 안료로 사용하는 경우, 흑도, 색상과 함께 수지, 도료, 기타의 비히클 (vehicle) 중에 카아본 블랙을 혼련할 때의 분산성이 우수해야 한다.

즉, 일반적으로 수지 중 혹은 도료 중에 배합하여 흑색안료로 사용되는 카아본 블랙의 성능은, 흑도가 높은 동시에 용이하게 수지 혹은 비히클 중에 혼련, 분산되어 본래의 흑도를 발휘해야 한다.

이 때문에 수지 착색용, 도료용으로 흑도와 분산성이 양립하는 카아본 블랙을 수득하기 위하여, 비표면적, DBP(디부틸 프탈레이트) 흡유량 등의 물성치를 제어하는 것이 통상적이었다. 예를 들면, 일본국 특공소 제 52-27632 호 공보에서는 120 m²/g ∼ 430 m²/g 정도의 카아본 블랙이 고무, 플라스틱 페인트, 기타의 보강제, 안료 등에 적합하다고 기술하고 있으나, 비표면적 만으로는 수지도료 비히클 등에 용이하게 분산되어 흑도를 발휘하는 카아본 블랙이 수득되지 않는다. 또 특공소 제 52-41234 호 공보에서, 흑도가 높고 분산성이 양호한 카아본 블랙으로서 요오드 흡착량 200 mg/g, 흡유량 180 ∼ 328 % 정도의 카아본 블랙을 규정하고 있으나 비표면적이나 흡유량 이외에 분산성에 영향을 주는 어떤 다른 인자를 개시하지는 않았다.

전술한 선원특허는 안료용, 충진제 등의 용도에 있어서, 흑색도에만 주목하여 수지나 비히클 중의 분산성에 대한 어떤 고려도 하지 않았다. 본 발명의 목적은 흑색도가 높으면서 분산성이 겸비된 카아본 블랙을 수득하는 것이고, 또한 이의 제조방법을 얻는 것에 관한 것이다.

도 1 은 본 발명에 관한 원통상의 반응로 (爐)를 갖는 카아본 블랙 제조로의 한 예를 도시한 정면도이다.

도 2 는 본 발명에 관한 원통상의 반응로를 갖는 카아본 블랙 제조로의 한예를 도시한 측면도이다.

※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ※

1 : 제 1 반응대 2 : 제 2 반응대

3 : 제 3 반응대 4 : 원료 탄화수소 도입노즐

5 : 원료 탄화수소 도입점 (원료 탄화수소 도입노즐의 끝)과 폐색부(choking point) 사이의 거리

6 : 반응정지매체 도입노즐

본 발명자들이 카아본 블랙의 기본구조가 수지, 비히클 중에서의 분산성에 미치는 영향을 연구한 결과, 종래 사용되고 있는 비표면적 및 DBP (디부틸 프탈레이트) 흡유량 외에 카아본 블랙의 응집도 및 표면조도를 특정범위로 조절함으로써, 흑도가 높고, 또한 분산성이 매우 우수한 카아본 블랙을 수득할 수 있다는 것을 발견하였다.

따라서, 본 발명의 중요한 특징은 다음과 같다 :

(1) SN₂(질소흡착 비표면적)가 180 m²/g ∼ 250 m²/g이고, DBP 흡유량이 55 ml/100g ∼ 80 ml/100 g이고, CrDBP 가 45 ml / 100 g ∼ 65 ml/100 g이고, 또한 AsH (회분) 량이 1.2 % 이하인 카아본 블랙,

(2) 연료와 연소용 공기 또는 산소함유 기체를 연소시켜서 고온의 기체를 수득하는 제 1 반응대, 제 1 반응대에 인접해 위치하고, 원료 탄화수소를 도입하여 카아본 블랙 생성반응을 유도하는 제 2 반응대 및 노내의 온도를 급냉시켜서 카아본 블랙 생성반응을 정지시키는 제 3 반응대로 구성되는 유로 (oil furnace) 에서, 제 2 반응대에 도입된 원료 탄화수소와 제 1 반응대로 부터 유입된 기체 중의 산소와의 연소반응이 산소소비 비율로 C + O₂→ CO₂가 0 % ∼ 30 %, C + 1/2 O₂→ CO가 70 % ∼ 100 % 인 상술한 카아본 블랙의 제조방법.

먼저 본 발명의 카아본 블랙은 SN₂가 180 m²/g ∼ 250 m²/g 이고, DBP 흡유량이 55 ml/100 g ∼ 80 ml/100 g 이고, CrDBP 가 45 ml/100 g ∼ 65 ml/100 g 이며, AsH (회분) 량이 1.2 % 이하인 것을 특징으로 한다. 바람직하게는, SN₂가 200 m²/g ∼ 250 m²/g이고, DBP 흡유량이 60 ml/100 g ∼ 75 ml/100 g 이고, CrDBP가 50 ml/100 g ∼ 62 ml/100 g 이며, AsH 량이 0.8 % 이하인 것이 바람직하다.

더욱 바람직하게는, △DBP가 11 ml/ 100 g 이하이고 SN₂/SEM 이 1.2 ∼ 1.5이고, 특히 △DBP 가 9 ml/100 g 이하이고, SN₂/SEM 이 1.3 ∼ 1.5 이고, 또한 흑도 지수가 15 ∼ 25 이며, 분산면적 지수가 50 ∼ 300 인 것이 바람직하다.

일반적으로 카아본 블랙의 기본적 물성은 입자경, 구조, 표면성상과 같은 특성별로 다양한 분석항목으로 결정된다. 예를 들면, 입자경의 지표로는 요오드 흡착량, 질소흡착 비표면적 등이 있으며, 구조의 지표로는 DBP 흡유량이나 CrDBP 흡유량 등이 있다.

그러나 매트릭스 중에서의 카아본 블랙의 분산거동은 반드시 전자현미경으로 관찰되는 1 차 입자경의 크기나 1차 구조의 단위에 영향받지 않고, 실제로는 복잡하게 집합한 응집구조의 정도 및 응집덩어리를 풀기 어렵게 하는 결합제 물질의 양이 지배적 요인인 듯 하다. 이 응집구조의 지표에 관해 본 발명자들이 여러가지로 연구한 결과, 24000 psi 의 하중으로 1 회 압축처리해 16 메시의 체를 전부 통과한시료의 DBP 흡유량과 압축처리하지 않고 측정한 DBP 흡유량의 차 (△DBP) 가 적합한 지표이며, 이 △DBP 와 CrDBP 흡유량을 적절한 범위로 조정하고 동시에 결합제 작용이 있는 카아본 블랙 중의 AsH 량을 저하시킴으로써 카아본 블랙의 분산성이 향상된다는 것을 발견했다.

한편, 매트릭스 중의 흑도에 영향을 주는 인자는 상술한 DBP 흡유량 외에 카아본 블랙의 비표면적, 입자경 등이 있으나 단순히 비표면적 만을 증가시킨 경우 확실히 흑도는 향상되지만 카아본 블랙의 표면조도도 증가되기 때문에, 응집성이 증가하여 이는 분산성 향상의 면에서 바람직하지 않다. 본원의 발명자들은 이런 문제를 해결하기 위하여 표면조도의 지표로서 SN₂(질소흡착 비표면적) 과 SEM (전자현미경 관찰에 의해 계산되는 비표면적) 의 비율인 SN₂/SEM 을 사용하여, 이것과 비표면적을 변화시켜 제조된 시제품의 흑도와 분산성을 평가한 결과, SN₂/SEM 이 1.2 ∼ 1.5 의 범위이고, 또한 SN₂가 200 m²/g ∼ 250 m²/g의 것이 가장 적합하다는 것을 발견했다.

본 발명의 카아본 블랙을 제조하기 위한 적합한 제조방법에는, 유로법이 있다. 유로법은 기체상 또는 액상의 연료를 연소시켜 노내가 1000 ℃ ∼ 2000 ℃ 의 고온 분위기가 형성되는 제 1 반응대, 제 1 반응대에 인접해 위치한 원료 탄화수소를 도입하여 카아본 블랙 생성반응을 유도하는 제 2 반응대 및 급냉각시킴으로써 노내 온도를 저하시켜 반응을 정지시키는 제 3 반응대로 구성된다. 여기서 중요한것은 소립자경으로서, 크기분포의 폭이 좁은 입자를 수득하기 위해서는, 도입된 원료 탄화수소를 고온로내에서 균일하게 혼합하여, 과포화영역에서 탄소가 석출되는 분위기의 온도로 조절하고 탄소농도를 보다 균일하게 하는 것이다.

이를 위해서, 원료 탄화수소를 가급적 미세하게 분무하고 또한 노내로 분산시킴으로써 유적의 기화를 조기에 완료시키는 것이 필요하며, 더 나아가 제 1 반응대로 부터 유입된 연소기체 중의 산소와 원료 탄화수소의 연소량을 가급적 억제하는 것이 중요하다. 바람직하게는 도입해 연소된 원료 탄화수소의 탄소량 / 도입한 원료 탄화수소의 탄소량이 0.05 ∼ 0.3, 보다 바람직하게는 0.1 ∼ 0.2 의 범위로 유지하면 좋다.

연소된 원료 탄화수소량이 상기한 범위이고 원료 탄화수소의 노내 분산이 적합한 조건으로 유도되었을 때, 본 발명에 의해 연소된 원료 탄화수소의 반응에 소비된 산소의 비율이, 전산소량에 대하여 C + O₂→ CO₂가 0 % ∼ 30 %, C + 1/2 O₂→ CO 가 70 % ∼ 100 % 로 할 수가 있다.

즉, 본 발명의 카아본 블랙의 제조방법은 연료 및 연소용 공기 혹은 산소함유 기체를 연소시켜서 고온기체를 수득하는 제 1 반응대, 제 1 반응대에 인접해 위치하고, 원료 탄화수소를 도입하여 카아본 생성반응을 유도하는 제 2 반응대 및 노내온도를 급냉시켜서 카아본 블랙 생성반응을 정지시키는 제 3 반응대에 의해 구성되는 유로에 있어서, 제 2 반응대에 도입된 원료 탄화수소와 제 1 반응대로 부터 유입된 기체 중의 산소와의 연소반응이 산소 소비비율로 C + O₂→ CO₂가 0 % ∼30 %, C + 1/2 O₂→ CO가 70 % ∼ 100 % 이며, 또한 반응정지 분무위치까지의 체류시간이 10 ∼ 20 밀리초인 것을 특징으로 하는 상기한 카아본 블랙의 제조방법 및 상기한 조건에 첨가하여 제 1 반응대로 부터 유입된 기체중의 산소에 의해서 연소하는 제 2 반응대에 도입된 원료 탄화수소 중의 탄소량이 총 원료 탄화수소량에 대하여 0 % ∼ 30 % 인 것을 특징으로 하는 카아본 블랙의 제조방법이다.

분산성의 중요한 지표인 △DBP 를 적합한 범위로 갖는 카아본 블랙을 제조하기 위해서, 제 2 반응대의 체류시간을 5 밀리초 ∼ 30 밀리초, 바람직하게는 15 밀리초 ∼ 20 밀리초로 조절한다. 이로써 카아본 블랙의 분해 혼합물에 충분한 열을 제공해 카아본 블랙 입자간의 불필요한 융착을 방지하고 작은 △DBP를 갖는 카아본 블랙을 수득할 수 있다.

또한 응집 덩어리의 분산을 방해하는 결합제 물질인 AsH 량을 1 % 이하, 바람직하게는 0.5 % 이하로 하는 것이 필요하다.

본 발명에서 상술한 물성을 갖는 카아본 블랙을 제조하기 위해서, 우선 산소함유 기체와 연료를 혼합하여 고온의 연소기체류를 형성하는 제 1 반응대, 제 1 반응대의 하류부이며 수득된 고온연소 기체류에 병류 또는 수직방향으로 설치된 버너로 부터 원료 탄화수소를 도입하여 원료 탄화수소를 불완전 연소 및/또는 열분해시켜 카아본 블랙을 형성시키는 제 2 반응대, 및 이 카아본 블랙 생성반응이 정지하는 제 3 반응대가 필요하다. 제 1 반응대에서는, 제 2 반응대에서 카아본 블랙을 생성하기 위한 고온 에너지가 고온 연소기체류 형태로 생성되고, 가능한한 잔존 산소를 적게하는 방법으로 이 기체류를 생성시키는 것이 바람직하다. 제 2 반응대에서는, 도입된 원료 탄화수소와 제 1 반응대로 부터 유입된 기체 중의 잔존산소가 연소반응을 일으키나, 연소된 원료 탄화수소 중의 탄소량과 총도입 원료 탄화수소중의 탄소량의 비율이 0 % ∼ 30 % 인 것이 바람직하다. 또한 제 2 반응대에서는, 원료 탄화수소를 빨리 기화시키기 위하여 난류가 필요하고, 이를 위해 폐색부에서의 기체유속이 300 m/초 ∼ 500 m/초 이고, 또한 폐색부의 직경 / 폐색부 전의 직경 (도 1 에서, b/a 에 해당하는) 이 1/4 ∼ 1/8, 바람직하게는 1/5 ∼ 1/6.5 로 함으로써 상기목적이 달성될 수 있다.

게다가, 원료 탄화수소 도입점으로 부터 반응정지 분무까지의 체류시간은 5 밀리초 ∼ 30 밀리초, 바람직하게는 15 밀리초 ∼ 20 밀리초로 하는 것이 좋다. 제 3 반응대에서 통상적으로 냉각수와 같은 반응정지 매체를 분무함으로써, 노내의 온도를 급격히 저하시켜 카아본 블랙 생성반응을 정지시켜, 상기 고온기체류가 효율적으로 1000 ℃ ∼ 800 ℃ 이하로 냉각된다. 카아본 블랙을 함유하는 냉각된 기체류는 굴뚝을 경유하여 사이클론 혹은 백필터에 도입되고, 기체와 카아본 블랙을 통상적인 방법으로 분리 및 회수한다. 회수된 카아본 블랙은 목적에 따라 표면처리 등의 후처리를 유도할 수 있다.

본 발명의 카아본 블랙의 제법에 사용되는 제 1 반응대에 있어서의 고온연소 기체류는 기체상 또는 액체의 연료탄화수소 및 공기, 산소 또는 이들의 혼합물과 같은 산소함유 기체를 혼합하여 연소시킴으로써 조정된다. 연료로서는 수소, 일산화탄소, 메탄, 천연가스, 석탄가스 및 등유, 휘발유, 나프타, 중유 등의 석유계 액체연료나 크레오소오트유, 나프탈렌유, 탄산유 등의 석탄계 액체연료가 적합하게 사용된다.

원료 탄화수소로서는, 벤젠, 톨루엔, 크실렌, 나프탈렌, 안트라센 등의 방향족 탄화수소, 크레오소오트유, 안트라센유, 탄산유 등의 석탄계 탄화수소, 에틸렌헤비엔드오일 (heavy end oil), FCC 오일 등의 석유계 중질유, 아세틸렌계 불포화 탄화수소, 에틸렌, 프로필렌 등의 에틸렌계 탄화수소, 펜탄, 헥산 등의 지방족 탄화수소 등이 적절하게 사용된다.

실시예

다음에 본 발명을 실시예에 의해 더욱 상세히 설명하겠으나, 본 발명이 이들 실시예의 기술로 한정되는 것은 아니다.

도 1 및 2 에 표시한 제조장치를 사용하고, 표 1, 2 에 제시한 조성의 연료와 원료 탄화수소를 사용하여, 표 3 에 제시한 제조조건으로 카아본 블랙을 제조하였다. 도 1 에서 1 은 제 1 반응대, 2 는 제 2 반응대, 3 은 제 3 반응대, 4 는 원료 탄화수소 도입노즐, 5 는 원료 탄화수소 도입점 (원료 탄화수소 도입노즐의 끝) 과 폐색부 사이의 거리, 6 은 반응정지 매체도입노즐이다. 도 2 는 도 1 의 A-A 횡단면이다.

표 3 에서, MO 도입점은 Make Oil 도입점을 의미하고, 즉 원료 탄화수소 도입노즐 4의 끝이다. 반응정지점은 매체가 분무되는 반응정지 매체도입노즐이다.

[표 1]

사용한 원료 탄화수소의 성상

[표 2]

사용된 연료

실시예 1, 2

표 3에 표시한 제조조건에 의해 수득된 카아본 블랙의 물성치를 표 4에 표시한다.

실시예 1, 2 는 이하에 기술한 시험방법 (6) 에 의해 25 점 정도의 흑도를 갖는 카아본 블랙을 제조한 것이다. 이 카아본 블랙은 이하에 기술한 시험방법 (7) 에 의한 결과로서, 분산 면적지수가 230 ∼ 260 이고, 이는 위 카아본 블랙이 흑도를 높게 유지한 채 매우 양호한 분산성을 가짐을 의미한다.

[표 3]

제조조건

[표 4]

카아본 블랙의 물성치

실시예 3, 4

시험방법 (6)에서 15점의 흑도를 갖는 카아본 블랙을 수득하였고, 분산 면적지수는 80 ∼ 120 으로, 이는 카아본 블랙이 양호한 분산성을 가진다는 것을 의미한다.

비교예 1, 2

비교예 1은 실시예 1 및 2 의 카아본 블랙과 동등한 흑도를 얻기 위하여 비표면적을 증대시켜 카아본 블랙을 제조한 예이고, 이 경우 확실히 흑도는 24 점 정도가 얻어졌으나, 분산면적 지수는 매우 크다. 비교예 2 는 비교예 1 보다도 더 작은 비표면적을 가지지만, 원료 탄화수소의 연소반응 조건이 본 발명의 방법의 요건범위를 벗어나기 때문에, SN₂/SEM 이 크고, 또한 응집성의 지수인 △DBP (시험방법(8) 에 의해 측정됨) 가 커서 분산성이 나쁘다.

비교예 3 의 카아본 블랙은 15 점 정도의 흑도를 갖는 실시예 3 및 4 와 비교될 수 있다. SN₂/SEM 이 크기 때문에, 비교예 3 의 분산 면적 지수가 실시예 3 및 4 보다 더 크다는 것을 알 수 있다.

상술한 바와 같이, 비표면적이나 CrDBP 외에 응집도나 표면조도의 지표인 △DBP 나 SN₂/SEM 까지도 적합한 범위로 제어함으로써, 고흑도 및 우수한 분산성 둘다를 갖는 카아본 블랙을 수득할 수 있다.

<시험방법>

(1) SN₂

유아사 아이오닉스에서 제조한 흡광계를 사용하여 BET1 점법으로 구한다. 약 0.04 g 의 대충 칭량한 시료를 300℃에서 15분간 탈기 조작을 한후, U 자관에 넣고, 15 % 의 질소와 헬륨의 혼합 기체를 17psi 로 조정한 시료기체, 및 순수한 질소의 캐리어 기체를, 부속 유량계의 부구 (淨球) 높이가 각각 11cm 와 7cm 가 되도록 조정하여 흘린다. 그후, U 자관을 액체질소에 침지하여 캐리어 기체중의 질소를 카아본 블랙에 흡착시킨다. 이 U 자관 앞의 질소량과 U 자관 뒤의 질소량을 150 mA 전류를 흘린 호이스톤 브리지로 탈착신호를 계수하고, 이 신호가 ± 3 으로 계수되는 질소 기체량을 미량주사기로 검량한다. 다음에, U 자관내의 시료량을 정확히 칭량해 ASTM D3037-89 Method D 에 따른 다음식으로 비표면적을 구한다 :

(여기서, P_a: 대기압 P_o: 포화증기압 A_c: 검량신호치 A : 표면적신호치 V_c: 검량기체량 W : 시료중량 S : 비표면적).

(2) DBP 흡유량

JIS K622l-1982 에 준한다.

(3) CrDBP 흡유량

시료 25g을 실린더에 넣고, 피스톤을 삽입하고, 유압프레스로 24000 psi(1687kg/cm²) 의 압력을 5초간 가한다.

가압후 시료를 꺼내서 1000 ㎛ 의 체에 옮기고 카아본 덩어리를 풀어서 체를 통과시킨다. 이 조작을 4 회 반복하여 처리한 시료를 JIS K6221-1982 에 준하여 DBP 흡유량을 측정하여, 이 값을 CrDBP 흡유량으로 한다.

(4) SEM

전자현미경 사진에 의해 측정한다. 먼저, 카아본 블랙을 클로로포름중에 넣고 200 KHz 의 초음파를 20 분간 조사하여 분산시킨 후, 분산 시료를 지지막에 고정시킨다. 이것을 전자현미경으로 관찰, 촬영하여 면적평균에 의한 입자경 (Da)을 계산한다. 이것을 아래의 식으로 SEM을 구한다.

(5) SN₂/SEM

상기 시험 방법의 (1)/(4)에서 구한다.

(6) 수지 흑도지수

125℃ 로 가열한 슬릿폭 0.3mm 의 이축의 로올제분기로 PVC 수지 30 g 을 2분간 대충 혼련하고, 시료 0.3 g을 투입한 후 7 분간 혼련하여 쉬트형태로 한다. 각각의 기준치가 30 점, 10 점, 20 점으로 정해진, 『NeO Spectra MarkII』(Columbian Chemicals Companies에서 제조한 카아본 블랙) 및 미쓰비시가가꾸(주)에서 제조한 카아본 블랙 『＃45』 및 『채널 ＃600』의 PVC 흑색쉬트의 흑도와 시료의 흑도를 비교해, 육안으로 보고 판정한 결과를 수지 흑도지수로 한다.

(7) 분산면적 지수

250cc 범버리형 혼합기로 LDPE 수지에 시료 카아본 블랙을 40% 배합하여 혼합기 설정온도 115 ℃ 에서 4 분간 혼련한다. 배합 조건은 다음과 같다 :

저밀도 폴리에틸렌 (LDPE수지) 101.89g

스테아르산칼슘 1.39g

이르가녹스 1010 (Iruganox 1010) 0.87g

카아본 블랙 69.43g

다음에 120℃에서 가열한 이축의 로올제분기로 화합물을 희석해 카아본 블랙 농도가 1% 로 되도록 한다. 희석시키는 제조조건은 다음과 같다.

LDPE수지 58.3g

스테아르산 칼슘 0.2g

카아본 블랙 40% 배합수지 1.5g

희석 화합물을 로올로부터 꺼내 0.5 mm 의 슬릿폭을 통과시켜 쉬트형태로 하면서 릴에 감은 후, 감은 쉬트를 0.3 mm 의 슬릿폭을 통과시켰다. 이것을 10회 반복한다. 그 후 로울 혼련을 4 분간 실시하고 0.3 mm 의 슬릿폭을 통과시켜 쉬트형태로 한다. 수득한 쉬트를 3 mm × 3 mm 의 칩 형태로 절단하여 칩을 슬라이드 글라스에 끼우고, 240℃ 열판위의 슬라이드글라스 사이에서 65 ± 3 ㎛ 의 필름으로 성형한다. 다음에, 배율 20 배의 광학 현미경으로 3.6mm×4.7mm 의 시야를 관찰하여 시야중의 0.2mm 이상의 직경을 갖는 미분산 덩어리의 직경 분포를 측정하여 시야 중의 조대입자의 총표면적을 계산한다.

0.35mm 직경을 갖는 미분산 덩어리를 기준으로 조대입자의 총면적으로 상기 수득한 총표면적을 나누고, 이를 시야중의 기준입자수로 하여 면적지수를 산출한다. 이것을 각 화합물에 관하여 4 시야 이상 관찰하고, 이 평균치를 분산면적 지수로 한다.

또한, 이 값이 높을수록, 수지중의 미분산 응집 덩어리가 많고 분산성이 나쁘다.

(8) △DBP

시료 25g을 실린더에 넣고, 피스톤을 삽입하고, 유압 프레스로 2400psi(1687 kg/cm²) 의 압력을 5 초간 가한다. 가압후 시료를 꺼내서, 1000 ㎛ 의 체에 옮기고 카아본 덩어리를 풀어서 체를 통과시킨다. 이 시료에 관하여 JIS K6221-1982 에 준하여 DBP 흡수량을 측정하고, 이값과 DBP 흡유량과의 차를 △DBP로 한다.

(9) AsH

JIS K6221-1982 A 법에 준한다.

<계산방법>

연소된 원료 탄화수소와 산소와의 반응

ㆍ 제 1 반응대에서 생성되는 고온기체의 조성과 양을 계산한다. 도입된 연소용 산소함유 기체의 양과 조성 및 연료의 양과 조성을 사용하여, 연료가 완전히 연소하였다는 전제에서 연소계산을 하고, 표준상태에서의 기체의 조성과 양을 구한다.

ㆍ 제 2 반응대 출구의 기체조성과 양의 계산

카아본 블랙의 제조시에 부생하는 기체 조성을 헨펠법 (Henpel's method) 혹은 가스 크로마토그래피 등으로 분석하여 제 1 반응대에서의 생성기체중에서 질소를 밸런스 기체로하여 건조상태의 제 2 반응 출구의 기체조성을 구하고, 다시 수소를 밸런스 기체로 이용하여 습한 상태의 기체량과 기체 조성을 구한다.

ㆍ 제 2 반응대 에서의 산소와 원료 탄화수소의 반응인 각각의 연소반응의 비는 다음과 같이 얻어진다.

원료 탄화 수소와 산소와의 반응으로서, 하기의 반응식을 전제로 한다 :

여기서 제 1 반응대와 제 2 반응대의 기체량 및 기체 조성을 비교하여, 다음의 판별조건으로 반응의 유무를 판단한다. 즉,

반응 (1) : 만약 제 1 반응대의 CO₂양이 제 2 반응대 출구의 CO₂양보다 적으면, 반응 (1) 이 일어났다고 판단하고, 생성 CO₂의 양은 다음과 같이 구한다 :

생성 CO₂= 제 2 반응대의 CO₂- 제 1 반응대의 CO₂.

반응 (2) : 만약 제 1 반응대의 CO₂양이 제 2 반응대 출구의 CO₂양보다 많으면, 반응 (2) 가 일어났다고 판단하고, 생성 CO의 양은 다음과 같이 구한다 :

생성 CO = (제 1 반응대의 CO₂- 제 2 반응대의 CO₂) × 2 .

반응 (3) : 만약 제 1 반응대의 H₂O 양이 제 2 반응대 출구의 H₂O 양보다 적으면 반응 (3) 이 일어났다고 판단하고, 생성 H₂O의 양은 다음과 같이 구한다 :

생성 H₂O = 제 2 반응대의 H₂O - 제 1 반응대의 H₂O .

반응 (4) : 만약 제 1 반응대의 H₂O 양이 제 2 반응대 출구의 H₂O 양보다 많으면 반응(4)가 일어났다고 판단하고, 생성 CO 의 양은 다음과 같이 구한다 :

생성 CO = 생성 H₂= 제 1 반응대의 H₂O - 제 2 반응대의 H₂O .

반응 (5) : 생성 CO = 제 2 반응대 출구의 CO 총량 - 반응 (2)에 의한 생성 CO - 반응 (4) 에 의한 생성 CO .

이상의 계산으로부터 각 반응의 생성계의 양이 구해지므로, O₂가 관여한 반응인 (1), (3) 및 (5) 에서 소비된 O₂량을 각각 계산하고, 제 1 반응대 출구의 O₂량과의 비율을 구한 후 , 백분율로 하기와 같이 나타낸다.

C + O₂→ CO₂에 소비된 O₂의 비율 (%)

C + 1/2O₂→ CO 에 소비된 O₂의 비율 (%)

본 발명에 의하면 비표면적, DBP, CrDBP를 특정범위로 유지하고, 또한 △DBP와 SN₂/ SEM 을 조정하면 고칠흑도를 가지면서 분산성이 뛰어난 카아본 블랙을 수득할 수 있다.

Claims

SN₂(질소흡착 비표면적)가 180㎡/g 내지 250㎡/g 이고 이고, DBP (디부틸 프탈레이트) 흡유량이 55 ml/100g 내지 80 ml/100g 이고, CrDBP가 45 ml/100g 내지 65 ml/100g 이며, AsH (회분)량이 1.2 % 이하이고, △DBP (DBP 흡유량의 차) 가 11 ml/100g 이하이고, SN₂/SEM(질소흡착 비표면적/전자현미경 관찰에 의해 계산되는 비표면적)이 1.2 ∼ 1.5 인 카아본 블랙.
제 1 항에 있어서, SN₂가 200 m²/g 내지 250 m²/g 이고, DBP 흡유량이 60 ml/100g 내지 75 ml/100g 이고, CrDBP 가 50 ml/100g 내지 62 ml/100g 이며, AsH (회분) 량이 0.8 % 이하인 카아본 블랙.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, △DBP 가 9 ml/100g 이하이고, SN₂/SEM 이 1.3 내지 1.5 인 카아본 블랙.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 흑도지수가 15 내지 25 이고, 분산면적 지수가 50 내지 300 인 카아본 블랙.
연료 및 연소용 공기 또는 산소함유 기체를 연소시켜서 고온의 기체를 수득하는 제 1 반응대, 제 1 반응대에 인접해 위치하고, 원료 탄화수소를 도입하여 카아본 블랙 생성반응을 유도하는 제 2 반응대 및 노내의 온도를 급냉시켜서 카아본 블랙 생성반응을 정지시키는 제 3 반응대로 구성되는 유로에 있어서, 제 2 반응대에 도입된 원료 탄화수소와 제 1 반응대로부터 유입된 산소와의 연소반응이, 산소 소비 비율면에서 C + O₂→ CO₂가 0% 내지 30% 이고, C + 1/2 O₂→ CO가 70 % 내지 100 % 임을 특징으로 하는 카아본 블랙의 제조방법.
제 5 항에 있어서, 반응정지 분무까지의 체류시간이 5 내지 30 밀리초임을 특징으로 하는 방법.
제 5 항 또는 제 6 항에 있어서, 연소된 원료 탄화수소 중의 탄소량이 도입된 총 원료 탄화수소 중의 탄소량의 0 내지 30 % 임을 특징으로 하는 방법.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 흑도지수가 15 내지 25 이고, 분산면적 지수가 50 내지 300 이고, △DBP가 11 ml/100g 이하이고, SN₂/SEM이 1.2 내지 1.5 인 카아본 블랙.