JPH10249828A - 加圧成型用パンチ及びこれを用いたカーボンブラック成型体の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】カーボンブラックを加圧成型して一定の形状を
有する成型体を製造するに際し、成型体の離型性を向上
することによって成型体の型からの取り出し時の破損を
防止することのできる加圧成型用パンチ及びこれを用い
たカーボンブラック成型体を提供する。 【解決手段】 下パンチの粉体との接触面に抜き出し傾
斜角度を有することを特徴とする加圧成型用パンチ。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、カーボンブラック
を加圧成型して一定の形状を有する成型体を製造するに
際し、成型体の離型性を向上することによって成型体の
型からの取り出し時の破損を防止することのできる加圧
成型用パンチ及びこれを用いたカーボンブラック成型体
に関する。

【０００２】

【従来技術】カーボンブラックは黒色顔料として代表的
なものであり、その他にもゴム組成物における補強材料
等、様々な用途に使用されている。カーボンブラックは
小粒子径であり嵩密度が低いことから発塵性、汚染性
等、環境上の問題も大きい。特に現在市場に流通する製
品のほぼ大部分を占める、ファーネス法で得られるファ
ーネスブラックは様々な好特性を有するが、一方その小
粒子径、小ストラクチャー及び表面吸着物質が少ないこ
とに起因し上記問題が著しく、またビヒクルへの分散も
困難である。かかる問題を解決するために、従来、ビー
ズ品と呼ばれる乾式造粒品や湿式造粒品（嵩密度が０．
３〜０．５ｇ／ｃｃと未処理のカーボンブラックに比較
してかなり嵩密度が高い）が用いられているが、粉塵発
生・造粒物の粉化の抑制は充分でなく、また造粒によっ
て塗料やインクのビヒクルへの分散性が悪くなり、ビー
ズ品は使用できない場合がある。

【０００３】このように従来は、カーボンブラックの嵩
密度を上げてハンドリング性すなわち取り扱い時の容易
さを求めると、ビヒクルへの分散性が損なわれる、要す
るにカーボンブラックのハンドリング性と分散性とは二
律背反関係にあり、これらを同時に解決することは極め
て困難であると広く認識されていた。貯蔵・輸送コス
ト、ハンドリング・環境の向上を図ることによってカー
ボンブラックを塗料、インキ、樹脂着色やゴム補強用等
各用途に使用した際の基本特性を損なったのでは、製品
として満足されるべきものとは認められず、市場に受け
入れられることはできない。このため従来から様々な提
案がなされているが、この２つの問題を同時に解決した
例はなかった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】これを解決しうる画期
的な技術として、本発明者らは先に、カーボンブラック
を加圧成型してなる特定の成型体であって、上述したよ
うに従来二律背反と認識されてきたハンドリング性を大
きく向上すると同時に分散性も十分なものとされたカー
ボンブラック成型体を開発した（特願平７−２４４４３
０）。このようなカーボンブラックを工業的に大量生産
するに際しては、型にカーボンブラックを入れて加圧成
型して得られたカーボンブラックの成型体を型から抜き
出し、次工程に送り出す際、後方より押し出し板にて押
し出す方法が考えられる。しかしながら、カーボンブラ
ック成型体は通常の取り扱いに際しては十分なに強度を
有するものの、このように成型後に型から取り出して後
方より押し出し板により押し出した場合、成型体がパン
チ面に付着しておりパンチ面から容易には剥がれず、成
型体の押し出し方向に対して後方下辺部に割れが発生し
易いことがわかった。

【０００５】

【課題を解決するための手段】かかる問題を解決するた
めに本発明者らが更に鋭意検討を続けた結果、特定の形
状を有する下パンチを用いて加圧成型を行うことによ
り、得られたカーボンブラックを押し出し板で押し出し
た際の、カーボンブラック成型体の下パンチからの脱離
を容易なものとすることができることを見いだし、本発
明に到達した。すなわち、本発明は下パンチの粉体との
接触面に抜き出し傾斜角度を有することを特徴とする加
圧成型用パンチ及びこれを用いたカーボンブラック加圧
成型体に存する。

【０００６】

【発明の実施の形態】以下、本発明を詳細に説明する。
まず本発明は、カーボンブラックを型に入れ、加圧して
一定形状を有する成型体を製造するに際して用いられる
下パンチに存する。ここで加圧成型に供するカーボンブ
ラックの種類は特に制限されず、ファーネス法で製造し
たカーボンブラック、アセチレンブラック等各種のカー
ボンブラックが挙げられる。これらのうち特に、ファー
ネス法で製造したファーネスブラックを用いた場合、そ
の分散性の保持に極めて顕著な効果を発揮する。更に、
漆黒度向上の効果も大きなものとなる。

【０００７】また、これらのカーボンブラックを各種の
酸化剤等で後処理したものを使用することもできる。カ
ーボンブラックの粒子径は、特に制限されないが、特に
１〜６０ｎｍ、更に１〜５０ｎｍの小粒子径の範囲で分
散性、ハンドリング性向上の効果が高く、また漆黒度の
向上にも高い効果を発揮する。かかる範囲の微細な粒子
径を有するカーボンブラックは、カーボンブラック同士
の凝集性が強く、インク、塗料、着色樹脂、ゴム等を製
造する際に分散が特に困難であった。これらの分散が困
難なカーボンブラックにおいて、本発明において製造さ
れるカーボンブラック成型体の利点が大いに発揮できる
という利点も挙げられる。

【０００８】本発明においては、これらカーボンブラッ
クを加圧して成型した加圧成型体とする。この際使用す
る型の材質としては、成型時の印加圧力に耐えうる強度
を有していれば如何なる材質の型を用いてもよい。例え
ば金属製の型としてはＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３１６等の
ステンレス製金型、タングステンカーバイド等の超鋼等
が使用できる。又、樹脂製型としては、ポリ四フッ化エ
チレン（ＰＴＦＥ）（商標：「テフロン」）、ポリ三フ
ッ化塩化エチレン（ＰＣＴＦＥ）、ポリ四フッ化エチレ
ン・六フッ化プロピレン（ＦＥＰ）等のフッ素系樹脂製
型、ナイロン、ポリエチレン、ポリカーボネイト、フェ
ノール樹脂等のプラスチック類、更に複合材料としてＣ
ＦＲＰ、ＧＦＲＰ等のＦＲＰ、セラミックス製型として
は、アルミナ、ジルコニア、ムライト等が使用挙げられ
る。

【０００９】型の大きさは制限されないが、実用的には
１ｃｃ以上、好ましくは１００ｃｃ以上のものが挙げら
れる。１ｃｃ未満では輸送が煩雑となるためである。な
お、目的、使用状況に応じた成型体の形状とするべく、
各種形状の型を用いることができる。例えば、大量を積
載するのに適した角柱状の他、転がり性、使用時の釜へ
の投入の容易さを考慮した円柱状、識別性を考慮した刻
印、ビヒクルへの分散性を考慮して孔等を入れてあって
もよい。カーボンブラック成型体の形状を多角形の断面
を有する柱状体、特に直方体或いは立方体とすれば、カ
ーボンブラックを輸送するトラックや貨車或いは倉庫が
一般的に直方体であることから、これらの空間を隙間無
くカーボンブラック成型体で充填できるため、輸送コス
トや倉庫保管費用の削減には特に好ましい。

【００１０】加圧に使用するプレス機としては、油圧機
械式プレス機、油圧ハンドプレス機、機械式プレス機、
エアーシリンダー式プレス機等、加圧成型できるもので
あれば如何なるプレス成型機でもよい。型の底面の形状
自体は特に制限されず所望の成型体の形状にしたがっ
て、三角形あるいはその他の多角形の断面を有する柱状
体、特に立方体あるいは直方体の成型体とすることによ
り得られる成型体を取り扱いの容易なものとすることが
できるが、本発明においては下パンチの形状を、下パン
チの粉体との接触面に抜き出し傾斜角度を有するものと
することを特徴とする。

【００１１】本発明の下パンチの形状の一例を、図１に
示す。図１中、１は粉体との接触面である。図１に示す
ように、粉体との接触面は、抜き出し角度を有する。図
１においては抜き出し角度は１．１５度である。なお抜
き出し角度とは、図１に示すごとく、粉体との接触面
が、パンチの加圧方向に対して垂直な面すなわちパンチ
のダイとの接触面２に対して垂直な面、に対してなす角
度をいう。抜き出し角度の大きさは、好ましくは０．２
度以上、より好ましくは０．２〜５度、更に好ましくは
０．３〜３度とする。傾斜角度が０．１度未満では本発
明の目的とする効果を発揮できない場合があり成型体の
取り出しが容易ではない。一方、５度を超える場合、得
られる成型体に形成される傾斜が無視できず、成型体の
積み付けの際の荷崩れのおそれがある。

【００１２】カーボンブラックの加圧の程度は、得られ
る成型体の密度を以下の範囲とするのが望ましい。すな
わち、密度ρ（ｇ／ｃｃ）を、

【式１】ρ＝８．１９０×１０^-3Ｄ−３．８２４×１０
^-3Ｌ＋０．５１６ 以上、 ρ＝３．２６５×１０^-3Ｄ−３．３３４×１０^-3Ｌ＋
１．１７３ 以下、とする。

【００１３】より好ましくは、

【式２】ρ＝８．６８６×１０^-3Ｄ−４．０３１×１０
^-3Ｌ＋０．５４３ 以上、 ρ＝３．１２３×１０^-3Ｄ−３．１８９×１０^-3Ｌ＋
１．０７２ 以下、がよい。なお、成型体の密度とは、成型体の質量
を体積で割って得た値である。

【００１４】上記の各式において、Ｄ（ｎｍ）はカーボ
ンブラックの電子顕微鏡による算術平均粒子径、Ｌ（ｍ
ｌ／１００ｇ）とする）はＤＢＰ吸油量である。ここ
で、ＤＢＰ吸油量は、ＪＩＳ Ｋ６２２１−１９８２に
準拠した方法で測定した値である。また、カーボンブラ
ックの粒子径は、以下に示す方法による測定値である。
カーボンブラックをクロロホルムに投入し２００ＫＨｚ
の超音波を２０分間照射し分散させた後、分散試料を支
持膜に固定する。これを透過型電子顕微鏡で写真撮影
し、写真上の直径と写真の拡大倍率により粒子径を計算
する。この操作を約１５００回にわたって実施し、それ
らの値の算術平均により求める。

【００１５】密度を上記の範囲とすることにより、ビヒ
クルへの分散性等カーボンブラックの基本特性を損なう
ことなく、取り扱い性の特に優れたものとすることがで
きる。更に、インキ、塗料等に用いた際の漆黒度が原料
粉末に比べ、向上させることができるという、意外な効
果をも発揮する。これらの効果は、上記のより好ましい
範囲として記載した範囲において、特に顕著に発現され
る。

【００１６】なお、本発明のカーボンブラック成型体
は、粉化率が４０％以下、より好ましくは２０％以下と
したものが特に好ましい。粉化率としては、カーボンブ
ラック加圧成型体を２５±１ｇ（Ｗ）迄精秤し、ＪＩＳ
Ｋ−６２２１に準拠した直径２００ｍｍ、目開き１ｍ
ｍの篩に入れる。この篩に受け皿と蓋を取り付け、ＪＩ
Ｓ Ｋ−６２２１に準拠した振とう機で２０秒間打撃を
与えながら振とうする。振とう機から受け皿を取り外
し、受け皿中のカーボンブラックの重量を０．０１ｇ迄
精秤し、これを振とう後の重量（Ｗ_R)とし、次式によっ
て求めた値である。

【式３】粉化率（％） ＝ （Ｗ_R／Ｗ）×１００

【００１７】粉化率を４０％以下とすることにより、輸
送中に成型体に加わる振動や摩擦等の外力による粉化を
防止でき、ハンドリング性が特に優れたものとなる。ま
た、原料である粉状カーボンブラツクの嵩密度とカーボ
ンブラツク成型体の密度との比（以下、「嵩密度比」と
もいう。）が２．５〜８倍、より好ましくは３〜７倍と
するのが良い。この嵩密度比が２．５よりも低い場合、
成型体のコンパクト性が低下する傾向にある。一方、嵩
密度比が８を超えると、分散性が低下する傾向にある。
嵩密度比が２．５〜８とすれば、コンパクト性と分散性
とが同時に極めて好ましい範囲で満足される。

【００１８】加圧成型時の圧力（成型圧力）は、２〜５
００Kgf/cm²、より好ましくは５〜４００Kgf/cm²とする
のがよい。成型圧力が２Kgf/cm²を下回ると、コンパク
ト性が低下、粉化率が増加する傾向にある。一方、成型
圧力が５００Kgf/cm²よりも高い場合、通常のインクや
塗料等の製造時に使用される分散機では、分散性が十分
でないことがある。一方、これ以上圧力を高くしてもコ
ンパクト性向上の効果は殆ど得ることができない。この
ため、インク、塗料、着色樹脂、ゴム等を工業的に製造
する際に使用するカーボンブラック成型体としては、２
〜５００Kgf/cm²で加圧成型するのが適当である。

【００１９】なお、加圧成型に際しては、予めカーボン
ブラック粒子間の気体を減圧チャンバーを用いて脱気し
た後、加圧成型する態様を採ることもできる。摺動可能
なシリンダーとピストンとを有する型に、成型しようと
する原料であるカーボンブラック粉末を充填する。シリ
ンダー上部にセットした真空チャンバー内及びシリンダ
ー内はガスケット材によりその外部と実質的に遮断され
る。次に、真空チャンバーに接続した真空ポンプを機動
させて真空状態を保持したまま、ピストンを下降させシ
リンダー内のカーボンブラックを加圧成型する。その
後、真空ポンプの運転を停止し、チャンバー及びシリン
ダー内の雰囲気圧力を大気圧に戻す。その後、真空チャ
ンバーとピストンを上昇させてカーボンブラック成型体
を取り出すことにより、減圧チャンバーによるカーボン
ブラック粒子間の気体の脱気及びこれに引き続くカーボ
ンブラックの加圧成型を行うことができる。

【００２０】この際、減圧時の圧力は、０．０１〜５０
０Ｔｏｒｒで行うのが好ましい。５００Ｔｏｒｒ以下に
おいて、粒子間の脱気が非常に容易であり、一方０．０
１Ｔｏｒｒ以下としても格別の優位性を示すことなく、
高真空にする煩雑性が増すのみであるためである。こう
して得られる本発明のカーボンブラック成型体は、カー
ボンブラックの基本特定を損なうことなく様々な用途に
好適に用いることができ且つ取り扱いが非常に優れたも
のであり、従来カーボンブラックの使用に際して大きな
問題であった発塵による環境汚染等の問題を防止できる
と同時に、密度が大幅に増加していると共に貯蔵、運搬
に適した所望の形状とすることにより貯蔵、運搬コスト
を顕著に低減することができる。以下、本発明を実施例
より更に詳細に説明する。

【００２１】実施例１ 図１に示した抜き出し角度１．１５度の下パンチを用い
て三菱化学（株）製カーボンブラック「ＭＡ７」１ｋｇ
を成型圧４０ｋｇ／ｃｍ²で成型し、得られた成型体を
図２に示す要領で押し出して取り出した。３０回にわた
り押し出しを繰り返したが、その間に成型体の後方下辺
部に割れは発生しなかった。なおカーボンブラック成型
体の抜き出し概要を示す図２中、３はダイ、４は押し出
しシリンダー、５は下パンチ、６はカーボンブラック成
型体、７は押し出し板である。

【００２２】比較例１ 抜き出し角度０度の下パンチを用いた以外は、実施例１
と同様にカーボンブラック成型体の製造及び押し出しを
行ったところ、 ３０回の押し出しに際して、後方下辺
部に２個の割れが発生した。

【００２３】

【発明の効果】本発明により、カーボンブラックの基本
特性を損なわないコンパクト性に優れるカーボンブラッ
ク加圧成型体を、計量性及びハンドリング性に優れる割
れ・欠けの無い状態で得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１で用いた下パンチの形状を示す図

【図２】実施例１におけるカーボンブラック成型体の抜
き出し概要を示す図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】下パンチの粉体との接触面に抜き出し傾斜
   角度を有することを特徴とする加圧成型用パンチ。
2. 【請求項２】下パンチの傾斜角度が０．２〜５度である
   請求項１記載の加圧成型用パンチ。
3. 【請求項３】請求項１又は２記載の加圧成型用パンチを
   用いてカーボンブラックを加圧成型することを特徴とす
   るカーボンブラック成型体の製造方法。