JPH04225074A - 黒鉛化度を増大させたカーボンブラックの製造方法 - Google Patents

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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、黒鉛化度を増大させた
カーボンブラックの製造方法に関し、詳しくは凝集塊径
の小さな黒鉛状カーボンブラック製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】カーボンブラックを不活性もしくは非酸
化性の雰囲気下において、２０００℃以上３０００℃以
下の温度で加熱処理する事により平均の結晶クラスター
径が、Ｌａ　＞３０Å　　かつ　　Ｌｃ　＞３０Åであ
る黒鉛状カーボンブラックが得られることが知られてい
る。更に、通常のカーボンブラックでは、灰分として検
出されるＭｇ、Ｃａ、Ｋ、Ｎａ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｆｅ等の
不純物元素が０．１％以上含まれるのに対し、この黒鉛
状カーボンブラックは皆無に近いため、樹脂や塗料の着
色剤分野やファインセラミックスの還元剤分野等で、多
く用いられている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これら
のカーボンブラックには熱処理中に生成した、１０μｍ
以上の短針状大凝集塊カーボンブラック（以下、ウィス
カーと記す）を数％以上含んでいることが判った。そし
て、これらのウィスカーの混在した黒鉛状カーボンブラ
ックを樹脂、塗料及びセラミックス材料等の中へ混合、
分散させた場合、これらのウィスカーが分散不良塊とし
て残るため、黒度低下、成形品表面上の凹凸の発現、機
械的強度の低下等、多くの問題を生じ著しく商品価値が
損なわれていた。特に、これらの黒鉛状カーボンブラッ
クを樹脂と混練後、フィルムに成形した場合、フィルム
表面に大きな分散不良塊、いわゆるブツが発現し、商品
価値を大幅に損なっていた。この為、ウィスカーを含ま
ない微細な黒鉛状カーボンブラックが望まれていた。し
かしながら、この種の黒鉛ウィスカーは波多野正彦ら（
工業材料　　３４巻１０号）の文献等に示されているよ
う機械強度が著しく強い事から、微細な粒子に粉砕する
事は難しいと考えられており、この種のウィスカーを微
粉砕したことはこれまで報告されていなかった。

【０００４】

【課題を解決する為の手段】本発明者らは上記の課題を
解決すべく鋭意研究を重ねた結果、熱処理によって得ら
れた黒鉛状カーボンブラックを特定の粉砕機を用いて、
微粉砕することにより、最大の凝集塊径が１０μｍ以下
の微粒子カーボンブラックとなる事を見い出し、本発明
を完成するに至った。即ち、本発明は黒鉛化度を増大さ
せ、かつ凝集塊を含まないカーボンブラックを製造する
ことを目的とし、黒鉛状カーボンブラックを流体エネル
ギー型粉砕機を用いて微粉砕することにより達成しうる
。以下、本発明を詳細に説明する。本発明で用いるカー
ボンブラックは、オイルファーネス法、ガスファーネス
法、サーマル法、チャンネル法、アセチレン法、で製造
されたカーボンブラック及び重質油のガス化の際生成す
る副生カーボンブラックがいずれも適用可能である。 これらのカーボンブラックを不活性あるいは非酸化性の
雰囲気に保持できる加熱炉内にて、２０００℃以上３０
００℃以下の温度条件で処理を行なう事により黒鉛化度
の増したカーボンブラックが得られる。又、この熱処理
の前に３００℃以上１５００℃以下の温度で揮発分を除
去する処理を行なってもよい。この熱処理によって製造
された黒鉛状カーボンブラックは、Ｘ線回折測定による
平均結晶クラスターのサイズがＬａ　、Ｌｃ　共に３０
Å以上の大きさを持っている。更に、黒鉛状カーボンブ
ラック中に共存するウィスカーは直径５乃至２０μｍ、
長さ１０乃至３００μｍのサイズを有している。また、
黒鉛状カーボンブラックに対する、ウィスカーの混在比
は、処理条件によっても異なるが、少なくとも数％以上
含まれている。このウィスカーを除去する手段としては
、特定の微粉砕機を用いて粉砕した後、サイクロン等に
より分級し、微細品のみを捕集する。更に、粗細品につ
いては、再度超微粉砕機を通す方式で処理することによ
り，凝集塊径１０μｍ以下の黒鉛状カーボンブラックの
みを得ることが可能である。本発明で使用する微粉砕機
としては“ゼットミル”や“ミクロナイザー”等の商品
名で市販されている、流体エネルギー型粉砕機を用いる
必要がある。この粉砕機は〔図−１〕に示したような構
造原理を持ち、粉砕処理は原理的には以下の工程で行な
われる。ホッパー（１）より供給された原料（２）が、
ノズルＡ（３）より噴射される高圧流体（４）（圧縮空
気、スチーム等）により搬送され、絞り部（５）を通り
超音速に加速されて、粉砕ゾーン（６）に導かれる。粉
砕ゾーン（６）の側面に多数設置されたノズルＢ（７）
より噴射される流体により、原料は相互に衝突、摩擦を
起こす事により粉砕される。粉砕された微粒子は分級ゾ
ーン（８）にはいり、装置の出口（９）より流体と共に
排出され、粉砕が不十分な粗い粒子は再度粉砕ゾーン（
６）に戻り、循環粉砕される。

【０００５】粉砕に用いる高圧流体の圧力は、ノズル位
置にてゲージ圧３Ｋｇ／ｍ２　以上、望ましくは５Ｋｇ
／ｍ２　以上必要である。３Ｋｇ／ｍ２　未満の圧力で
は十分な粉砕効果が得られない。また、原料のカーボン
ブラック供給重量Ｃ（ｇ／分）と流体の流量Ｑ（Ｎｍ３
　／分）は、Ｃ／Ｑ＜１００望ましくは、Ｃ／Ｑ＜５０
の関係を満たす必要がある。Ｃ／Ｑの値が１００を越え
ると粗粉砕粒子が増加し、１０μｍを越える凝集塊径を
持つ粗粉砕カーボンブラックが製品中に残存する。

【０００６】この粉砕機を用い粉砕処理を行なうと、装
置と原料の衝突が少ない為異物の混入が殆ど発生せず、
又粉砕能力が著しく高いため、効果的なウィスカーの微
粉砕が可能となる。次に、粉砕後のカーボンブラックの
最大凝集塊径としては、細かい程好ましいが、粉砕効果
と、応用面での物性とのバランスからして、１０μｍ以
下、好ましくは５μｍ以下である。１０μｍを超えると
、樹脂や塗料等に配合した際大きな分散不良塊が発生し
、各種の物性が劣化しやすい。

【０００７】

【実施例】本発明を実施例により、更に詳細に説明する
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。尚、実施例及び比較例におい
て凝集塊径の中心値、並びに最大の凝集塊径は、レーザ
ー光回折式粒度分析計（日機装社製“マイクロトラック
粒度分析計Ｍｏｄｅｌ７９９５−３０　　ＳＰＡ”）を
用い、カーボンブラックを水（微量の界面活性剤を添加
）と混合した後、６０秒間超音波分散処理した分散液試
料について、凝集塊のストークス直径分布を測定し、そ
のＤ５０及びＤ１００　の値で示した。また、走査型電
子顕微鏡により粗粒子の形状観察を行いウィスカーの有
無を確認した。

【０００８】また、カーボンブラック中の微量金属粉は
、ＪＩＳ　　Ｚ８８０１に規定された標準網篩４４μｍ
を用い、ＪＩＳ　　Ｋ６２２１に規定された篩残分（Ａ
法）に従い篩残分を測定し、その篩残分を光学顕微鏡を
用いて金属光沢物の有無を観察し判定した。又、得られ
たカーボンブラックの性能評価は、低圧法低密度ポリエ
チレン（Ｌ−ＬＤＰＥ）（“ダイヤポリマー”ＬＬ，Ｕ
Ｆ３４０）中に各１０重量％配合したコンパウンドをバ
ンバリー型ミキサーを用い混練し、このコンバウンドを
加熱２本ロールミルにて、厚み２ｍｍのシートに成形し
た後、成形品の表面の凹凸を観察し、相対評価を行なっ
た。更に、このコンパウンドをＴダイ押出機により厚み
５０μｍのフィルムに成形した後、３次元表面粗さ計を
用い、成形品表面のブツの面密度を測定した。 比較例１ オイルファーネス法により製造されたカーボンブラック
（ＢＥＴ比表面積１５００ｍ２／ｇ　）を窒素給気させ
たグラファイト製容器中に充填し、この容器を２７００
℃に維持した電気炉中に１２時間静置した後、これを冷
却した後、カーボンブラックを取り出した。この方法に
より製造されたカーボンブラックは、ＢＥＴ比表面積１
７３ｍ２／ｇ　、黒鉛構造を有する部分の平均厚さＬｃ
＝４０Åであった。また最大の凝集塊径は２００μｍ以
上であり、直径１０μｍ以上の凝集塊を６８体積％含ん
でいた。また、電子顕微鏡観察では、多数のウィスカー
が観察された。 実施例１ 比較例１の熱処理カーボンブラックを、流体エネルギー
型粉砕機である、“ＳＫージェット・オー・ミル”ＪＯ
Ｍ−０１０１Ｃ４Ｃ（セイシン企業社製）を用いて粉砕
を行なった。高圧流体はゲージ圧７．０Ｋｇ／ｍ２の圧
縮空気を用いて、これを１ｍ３／分の割合で噴射した。 原料のカーボンブラックは定量型スクリューフィーダー
を用いて１Ｋｇ／時の割合で供給した。粉砕後、サイク
ロンにて分級し、微細品のみを捕集し、粗細品は再度フ
ィーダーのホッパーに戻し、再度粉砕処理を実施した。 この粉砕処理によるカーボンブラックの収率は、ほぼ１
００％であった。この方法により製造されたカーボンブ
ラックは、ＢＥＴ比表面積１８０ｍ２／ｇ　、黒鉛構造
を有する部分の平均厚さＬｃ＝４０Åであった。また最
大の凝集塊径は５０μｍであり電子顕微鏡観察によって
もウィスカーの存在は確認されなかった。また、篩残存
は皆無であり、金属粉の混入は認められなかった。 比較例２ 比較例１において熱処理工程を行なったカーボンブラッ
クを水中に分散（カーボンブラック濃度　　２重量％）
させた後、１０００ｍｅｓｈの金網をつけた超音波振動
篩を通し、通過したカーボンブラックスラリーを脱水・
乾燥処理を行なった。この濾過処理によるカーボンブラ
ックの収率は、約４０％であった。この方法により製造
されたカーボンブラックは、ＢＥＴ比表面積１８０ｍ２
／ｇ　、黒鉛構造を有する部分の平均厚さＬｃ＝４０Å
であった。また最大の凝集塊径は２２μｍであり直径１
０μｍ以上のウィスカーを１．０％含んでいた。電子顕
微鏡による観察では長さ方向、約４０μｍまでのウィス
カーの存在が確認された。また、篩残分は皆無であり、
金属粉の混入はない。 比較例３ 比較例１の熱処理カーボンブラックを、ハンマー型粉砕
機（不二パウダル社製“アトマイザー”）により粉砕し
た後、気流中に搬送し、サイクロンにて分級を行ない、
微細品のみを捕集し、粗細品は再度粉砕処理を実施した
。この粉砕処理によるカーボンブラックの収率は、ほぼ
１００％であった。この方法により製造されたカーボン
ブラックは、ＢＥＴ比表面積１７３ｍ２／ｇ　、黒鉛構
造を有する部分の平均厚さＬｃ＝４０Åであった。また
最大の凝集塊径は１６μｍであり、直径１０μｍ以上の
凝集塊は０．１％存在していた。また、電子顕微鏡観察
によりウィスカーが僅かながら存在していることが確認
された。また、篩残分中に金属光沢を持つ粉が存在して
いることからして、機器磨耗粉が微量混入したものと考
えられる。実施例１及び比較例１〜３のカーボンブラッ
クの凝集塊径分布の結果と電子顕微鏡観察の結果を表−
１に、Ｌ−ＬＤＰＥ樹脂系コンパウンドの特性結果を表
−２に示す。

【０００９】

【表１】

【００１０】

【表２】

【００１１】

【発明の効果】本発明方法によれば、黒鉛化処理カーボ
ンブラック製造方法に於いて生成し、製品カーボンブラ
ック中に混在していた大凝集塊径のウィスカーを、収率
を著しく低下させることなく無くすることができる。更
に、本発明により製造したカーボンブラックは、機械衝
撃式粉砕方法を用いた場合に問題となる、機器の磨耗に
より生じる金属粉不純物の混入が殆ど発生しない。した
がって、本発明カーボンブラックを用いて作成したコン
パウンドは、シート成形品の表面に現れる凹凸及び、フ
ィルム成形品表面に現れるブツが殆ど存在しない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明で使用する流体エネルギー型粉砕機の構
造の一例を示す。

【符号の説明】

３　　　　ノズルＡ、 ５　　　　絞り部、 ６　　　　粉砕ゾーン、 ７　　　　ノズルＢ、 ８　　　　分級ゾーン

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　カーボンブラックを不活性もしくは非
   酸化性の雰囲気下にて、２０００℃以上３０００℃以下
   の温度で加熱処理することにより得られた黒鉛状カーボ
   ンブラックを、流体エネルギー型粉砕機を用いて微粉砕
   処理することを特徴とするカーボンブラックの製造方法
   。
2. 【請求項２】　　微粉砕後の最大凝集塊径が１０μｍ以
   下である事を特徴とする請求項１記載のカーボンブラッ
   クの製造方法。