JPH0625312B2 - 強磁性カ−ボンブラツクおよびその製造方法 - Google Patents

強磁性カ−ボンブラツクおよびその製造方法

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JPH0625312B2 JP62029543A JP2954387A JPH0625312B2 JP H0625312 B2 JPH0625312 B2 JP H0625312B2 JP 62029543 A JP62029543 A JP 62029543A JP 2954387 A JP2954387 A JP 2954387A JP H0625312 B2 JPH0625312 B2 JP H0625312B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、電気的特性とくに高度の磁気的性能を有する
強磁性カーボンブラックおよびその製造方法に関する。
〔従来の技術〕
カーボンブラックは、ゴム補強用充填材として、タイヤ
および各種工業用ゴム製品をはじめ、印刷インキ、塗料
等の顔料、樹脂の着色材や機能材等の分野で広く使用さ
れている。
カーボンブラックは炭素質から成り、ある程度の導電性
を有しているので、ゴムや樹脂等の導電用充填材として
も用いられているが、磁気的性能は本来有していない。
そこで、これらカーボンブラックに磁気的性能を付与す
ることができれば、複合化したゴムや樹脂にカーボンブ
ラック固有の補強性、着色性、導電性等の諸機能に加え
て磁気的機能に基づき、磁性黒色顔料やインキ、磁性ゴ
ム、磁性樹脂等電子工業や機械工業の分野において有用
されることが期待できる。
カーボンブラックは、粒子径に対応して多様な品種があ
り、一般的には平均粒子径が10〜200nmの球状微粒
子が融着および二次的に凝集した鎖状構造から成ってい
る。また、粒子径の分布も、平均粒子径に応じて夫々広
い巾をもって分布している。更にカーボンブラックの密
度は約1.8で、金属の密度とは大きく異なっている。
したがって、カーボンブラックと磁性金属微粉末とを二
次的に混合する方法では、均質かつ高度にミクロ分散さ
せることが困難であり、またゴム、樹脂、塗料、インキ
等のマトリックス物質に、カーボンブラックと磁性金属
微粉末を加えて混合する方法も、混合過程において分離
等が生じるために安定して均質高分散させることが難し
い。更に、単に機械的に混合分散した状態では、磁性金
属粉末はカーボンブラックに固定化されていないために
高度の磁気的性能を付与することができない。
磁性を有するカーボンブラックとして、カーボンブラッ
ク1000000重量部当りFe,Co,Niの元素やその混合
物を約100〜300000重量部含有し、カーボンブ
ラックと結合しているカーボンブラック顔料組成物がす
でに知られている(特公昭39−25277号公報)。
このものの製造手段は、カーボンブラックの反応帯域に
Fe,Co,Niの元素およびその混合物を含有する添加物を供
給して、カーボンブラック顔料組成物を得るものであ
る。
〔発明が解決しようとする問題点〕
しかし、上記の先行技術では磁気性能とカーボンブラッ
クおよび磁性微粒子の粒子径やそれら相互の関係につい
ては、何ら検討されていない。
本発明は、カーボンブラックの粒子径および磁性微粒子
の粒子径と磁気特性との関係を追究した結果、カーボン
ブラックの平均粒子径よりも磁性微粒子の平均粒子径を
大きく設定することにより、高度の磁性を付与すること
ができることを見出して開発に至ったものである。
〔問題点を解決するための手段〕
すなわち、本発明の強磁性カーボンブラックは、カーボ
ンブラック中に磁性微粒子が均質に分散、固定化した磁
性カーボンブラックであって、カーボンブラックの平均
粒子径が20nm以下、磁性微粒子の平均粒子径が30nm
以上であり、磁性微粒子がFe,Co,Niから選ばれた少なく
とも1種の金属およびその磁性化合物から成ることを特
徴とするものである。
一般に、カーボンブラックは軽質炭化水素油あるいは天
然ガス等の燃料を完全燃焼させて高温燃焼ガス流を形成
し、この高温燃焼ガス流中に炭化水素原料を噴射導入し
て熱分解反応を起生させ、カーボンブラックに転化する
方法で製造されている。炭化水素原料は、高温燃焼ガス
流によって急激に熱分解反応を起し、複雑な重縮合反応
により核を生成し、更に核の成長と凝集による一次粒子
を経て鎖状構造が形成される。
炭化水素原料は、酸化性雰囲気である高温燃焼ガス流中
に噴射導入されて、一部分が燃焼するとともんに還元性
雰囲気下に急激に熱分解して、カーボンブラックに転化
する。この際、金属化合物を同時に噴射導入すると急速
に熱分解して、30〜40nm程度の球状微粒子を生成す
る。
この磁性微粒子は、カーボンブラックの鎖状構造粒間に
捕捉固定されたり、一部はセメンタイト等の状態でカー
ボンブラックと融着結合し、あるいは一部はカーボンブ
ラック基本粒子と凝集一体化して、カーボンブラック中
に安定な状態で均質分散して固定化される。これら磁性
微粒子の分散形態は、炭化水素原料が熱分解して、重縮
合反応による核の生成および核の成長と凝集によるカー
ボンブラックの生成過程において、カーボンブラックの
粒子径が相対的に大きい場合は、カーボンブラック粒子
の基本構成要素である生成核が金属化合物の分解生成物
である磁性微粒子と凝集しつつカーボンブラック粒子の
成長のもととなる気相炭化反応の進行につれて、カーボ
ンブラック粒子内部へ固定化される頻度が多くなる。一
方、より高温雰囲気中で熱分解する相対的に粒子径が小
さいカーボンブラックの場合は、磁性微粒子はカーボン
ブラック粒子と融着結合して露出固定化される傾向が強
い。
本発明は、このカーボンブラックの生成過程において、
カーボンブラックの平均粒子径を相対的に小さく設定
し、Fe,Co,Niから選ばれた少なくとも1種の金属化合物
の分解生成物である金属およびその磁性化合物微粒子の
平均粒子径を相対的に大きく設定するものである。この
場合、カーボンブラックの平均粒子径20nm以下、磁性
微粒子の平均粒子径を30nm以上に設定して、磁性微粒
子がカーボンブラック粒子と融着結合して露出固定され
る頻度の増大をはかるものである。その結果、カーボン
ブラックは露出した磁性微粒子により高度の磁性性能が
付与される。
なお、この場合磁性微粒子の大きさが1μを越えるもの
を含むと組成物中に夾雑物として作用することがあるの
で、最大径0.5μ以下、平均粒子径として70nm以下
に抑えることが望ましい。
この強磁性カーボンブラックは、通常のカーボンブラッ
ク反応炉を用いて製造することができる。
すなわち、炉頭部に設けた広径燃焼室に燃料および空気
を供給して高温燃焼ガス流を形成し、該広径燃焼室と同
軸的に連設する狭径反応室を流下する高温燃焼ガス流中
に炭化水素原料を噴射して熱分解反応によりカーボンブ
ラックに転化し、次いで狭径反応室にひき続く広径反応
室を流下するカーボンブラック生成ガス流に水を噴霧し
て冷却することにより反応を停止するカーボンブラック
の製造方法において、炭化水素原料およびFe,Co,Niから
選ばれた少なくとも1種の金属化合物を150m/秒以
上の流速を有する高温燃焼ガス流中に噴射し、かつ炭化
水素原料の周囲から酸素ガスを添加供給することにより
製造される。
炭化水素原料は、狭径反応室を流速150m/秒以上の
高速で流下する高温燃焼ガス流中に噴射することにより
高度の攪乱ガス流中で急速に熱分解して、生成するカー
ボンブラックの粒子径は小さくなる。更に、この炭化水
素原料の周囲から酸素ガスを添加供給すると、燃焼およ
び熱分解反応がより一層推進されて、粒子径の小さいカ
ーボンブラックが生成する。一方、金属化合物の熱分解
で生成する磁性微粒子は、これらの熱分解条件による影
響が少ないためにカーボンブラックの粒子径より相対的
に大きく、平均粒子径30〜40nmの粒子として生成す
る。
金属化合物としては、フェロセン、コバルトセン、ニッ
ケロセン等の芳香族環状錯化合物であるメタロセン、あ
るいはカルボニル錯化合物が好ましく用いられる。これ
らの化合物は、熱分解し易いので、分解生成物の粒子径
の変化がカーボンブラックに比較して少ないためであ
る。金属化合物は炭化水素原料に溶解もしくは分解させ
た状態で狭径反応室に供給される。
磁性微粒子の化学組成物は、例えば鉄化合物を使用した
場合は、X線回析によりFeO,Fe3O4,γ−Fe2O3,α−Fe
等の組成より成ることが判明する。この組成は、反応炉
の熱分解条件を変更することにより調節することができ
る。また、金属化合物として、例えば鉄化合物とコバル
ト化合物を併用してカーボンブラックを生成すれば、F
e/Co合金系の微粒子が高分散したカーボンブラック
が得られ、より高機能の磁性を付与することができる。
このようにして、磁性の調節制御も可能となる。
炭化水素原料としては、ベンゼン、トルエン、キシレ
ン、スチレン等の各種芳香族炭化水素やコールタール
油、エチレンクラッキング時のボトム油等が使用され
る。
この強磁性カーボンブラック含有ガス流は、常法に従っ
て水を噴霧して冷却した後、バックフィルター等の適宜
な装置を介して分離し、捕集する。
〔作用〕
上記構成に基づき、本発明の強磁性カーボンブラックは
Fe,Co,Ni等の金属およびその磁性化合物である磁性微粒
子の平均粒子径が、カーボンブラックの平均粒子径より
も相対的に大きく設定されているために、磁性微粒子は
カーボンブラック粒子と融着結合して露出固定化する頻
度が増大する。したがって、この露出固定化した磁性微
粒子の強い磁気作用に基づいて、カーボンブラックに高
度の磁気性能を付与することができる。
〔実施例〕
炉頭部に空気導入ダクト、燃料バーナーおよび原料噴射
ノズルを装着した燃焼室に円筒反応ゾーン(うち狭径反
応部:直径30mm、長さ200mm、広径反応部:直径8
0mm、長さ1500mm)を連設した反応炉を用い、表I
の条件により磁性カーボンブラックを製造した。なお、
金属化合物は炭化水素原料に溶解または溶液混合した状
態で狭径反応部(上流側50mmの位置)に導入し、酸素
ガスは原料噴射ノズルの周囲から供給した。
上記の製造方法により得られた各種磁性カーボンブラッ
クの諸特性を、表IのRun No.に対比させて表IIに示し
た。
表IIの結果から、本発明例(Run No.1〜4)の磁性カ
ーボンブラックはその構成成分となるカーボンブラック
および磁性微粒子の平均粒子径がいずれもそれぞれ20
nm以下および30nm以上の要件を満たしており、磁化特
性も極めて高度な値を示している。他方、酸素ガスを供
給しない製造条件で得られた比較例(Run No.5,6)
の磁性カーボンブラックは構成カーボンブラックの平均
粒子径が本発明の要件(20nm以下)を外れている関係
で、発明例に比べ磁化特性が著しく劣っている。
また、Run No.1(発明例)およびRun No.5(比較例)
の磁性カーボンの磁化特性曲線(B−Hヒステリシスル
ープ)を第1図と第2図に、同一試料の電子顕微鏡写真
(倍率60000倍)を第3図と第4図に示した。本発
明の磁性カーボンブラックが比較例のそれに比べて磁化
性能が高く、粒子分散性が良好であることはこれら図示
によっても認められる。
〔発明の効果〕
本発明により提供される磁性カーボンブラックは、磁性
微粒子がカーボンブラック粒子と融着結合して露出固定
化した特異な複合状態を呈し、この性状に基づいてカー
ボンブラック固有の特性に加えて高度の磁気性能が付与
される。したがって、ゴム、樹脂、インキ、塗料等に分
散充填することにより電子機器をはじめとする多様な用
途部材に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図および第2図は磁性カーボンブラックの磁化特性
曲線(B−Hヒステリシスループ)で、第1図は本発明
例(Run No.1)、第2図は比較例(Run No.5)のもの
である。第3図および第4図は磁性カーボンブラックの
粒子構造を示す電子顕微鏡写真(倍率60000倍)
で、第3図は本発明例(Run No.1)、第4図は比較例
(Run No.5)のものである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H05K 9/00 W 7128−4E

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】カーボンブラック中に磁性微粒子が均質に
    分散、固定化した磁性カーボンブラックであって、カー
    ボンブラックの平均粒子径が20nm以下、磁性微粒子の
    平均粒子径が30nm以上であり、かつ磁性微粒子がF
    e、Co、Niから選ばれた少なくとも1種の金属およ
    びその磁性化合物から成ることを特徴とする強磁性カー
    ボンブラック。
  2. 【請求項2】炉頭部に設けた広径燃焼室に燃料および空
    気を供給して高温燃焼ガス流を形成し、該広径燃焼室と
    同軸的に連設する狭径反応室を流下する高温燃焼ガス流
    中に炭化水素原料を噴射して、熱分解反応によりカーボ
    ンブラックに転化し、次いで狭径反応室にひき続く広径
    反応室を流下するカーボンブラック生成ガス流に水を噴
    霧して冷却することにより反応を停止するカーボンブラ
    ックの製造方法において、炭化水素原料およびFe、C
    o、Niから選ばれた少なくとも1種の金属化合物を1
    50m/秒以上の流速を有する高温燃焼ガス流中に噴射
    し、かつ炭化水素原料の周囲から酸素ガスを添加供給す
    ることを特徴とするカーボンブラック中に磁性微粒子が
    均質に分散、固定化した磁性カーボンブラックであっ
    て、カーボンブラックの平均粒子径が20nm以下、磁性
    微粒子の平均粒子径が30nm以上であり、かつ磁性微粒
    子がFe、Co、Niから選ばれた少なくとも1種の金
    属およびその磁性化合物からなる強磁性カーボンブラッ
    クの製造方法。
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JP2725736B2 (ja) * 1994-03-11 1998-03-11 工業技術院長 強磁性炭素質材料の製造方法
DE10253399A1 (de) * 2002-11-15 2004-05-27 Eramet & Comilog Chemicals S.A. Carbon-Black-Zusammensetzungen und ihre Anwendungen
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