JPH10265698A

JPH10265698A - カーボンブラック集合体

Info

Publication number: JPH10265698A
Application number: JP9070299A
Authority: JP
Inventors: Michihiro Ikeda; 道弘池田; Tadashi Hashiguchi; 正橋口
Original assignee: Mitsubishi Chemical Corp
Current assignee: Mitsubishi Chemical Corp
Priority date: 1997-03-24
Filing date: 1997-03-24
Publication date: 1998-10-06

Abstract

(57)【要約】【課題】輸送、貯蔵時における粉化や欠け、あるいは使
用時の環境汚染が少なく且つビヒクルへの分散性が良好
な形態を有するカーボンブラックを提供する。【解決手段】硬度が１００ｇ以上のカーボンブラック
集合体。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、輸送、貯蔵時にお
ける粉化や欠け、あるいは使用時の環境汚染が少なく且
つビヒクルへの分散性が良好な形態を有するカーボンブ
ラックに関するものである。

【０００２】

【従来技術】カーボンブラックは、インク、塗料、樹脂
等を黒色にする顔料として、或いはタイヤを中心とした
ゴム用補強材料として工業的に広く使用されている。歴
史的には、漢代の書物に松煙から作ったすすに始まり、
１８９２年に米国のＭｃ．Ｎｕｔｔによるチャネルブラ
ック法、１９４２年フィリップス社によるファーネス法
へと発展している。この間、カーボンブラックの収率は
飛躍的に向上し、また、粒子の大きさや粒子のストラク
チャー長の制御技術は格段の進歩を見せている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】一方、カーボンブラッ
クの形態に関しては未だ充分な改良がおこなわれていな
い。工業的に使用されているカーボンブラックの形態と
しては、粉状品、転動造粒品、フレーク品に留まってい
る。これらの形態の問題点として、粉状品の場合、粉立
ちや環境汚染が激しい事。更に嵩密度が低く輸送コスト
が高くなる事が有る。また、転動造粒品は粉立ちは低減
できているもののインクや塗料にしようした場合の分散
性が低下するという問題が有る。即ち、カーボンブラッ
ク業界においては、環境汚染性の低減と分散性の向上は
二律背反の関係にあると考えられていた。

【０００４】粉状の顔料一般について、ビヒクルへの分
散性を向上しようとする試みは過去にいくつか存在して
いた。例えば、特開昭５１−１５３０号公報や特開昭５
２−１０３４２２号公報では、顔料、樹脂、可塑剤等を
溶媒中に分散させ凍結乾燥して、分散性の良い顔料を調
整することが提案されている。また、特開昭５７−４９
６６４号公報では顔料に水溶性高分子を添加したスラリ
ーを作製し、このスラリーをスプレー乾燥する方法が提
案されている。しかし、これらの方法は処理費用が高価
であり、工業的に大量の処理を実施することは困難であ
る。また、飛散、粉立ち発生防止の効果も到底十分とは
言い難い。

【０００５】また、特開平２−１４２８５８号公報や特
開平３−１９３１２９号公報においてはローラーコンパ
クタにより圧縮造粒したカーボンブラックにより初期分
散度を改善したものがある。しかし、使用時の粉立ちは
充分に改善されていない。また、高嵩密度への改善も充
分では無い。特開平６−１２２１１１号公報ではカーボ
ンブラック粉体を密閉型成形容器に仕込み、容器内を減
圧した後、当該容器内の圧力を常圧に復元することによ
りカーボンブラックに一定形状を与えている。しかし、
減圧により加えることが可能な圧力は１気圧以下であ
り、カーボンブラック成形物は極めて柔らかく輸送や貯
蔵時に成型体の端が欠けたり、再び粉化してしまうこと
があり、工業的実施には十分ではなかった。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明者らが上記課題に
鑑み鋭意検討した結果、カーボンブラックを、特定の硬
度を有するカーボンブラック集合体とすることにより、
粉化が抑えられる一方、意外にもビヒクルへの分散性が
却って向上しており使用に好適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、硬度１００ｇ以上のカーボンブラック集合体に存
する。本発明のカーボンブラック集合体が充分な硬度を
有し、粉立ちも抑えられ取扱いに適していると同時に、
ビヒクルへの分散性が優れている理由は明らかではない
が、おそらくカーボンブラック粒子間の気体が均一に脱
気されてカーボンブラック粒子同志が実質的に密度ムラ
なく均一に集合して存在するため、ビヒクルへの分散性
が向上しているものと推測される。

【０００７】

【発明の実施の形態】以下、本発明を詳細に説明する。
本発明のカーボンブラック集合体は、硬度が１００ｇ以
上のものである。ここで硬度は集合体の表面硬度をい
い、ＡＳＴＭＤ−２２４０に規定されるスプリング式
硬度計で測定した値をいう。本発明におけるカーボンブ
ラック集合体とはカーボンブラックの粒子が複数個集合
し、ＡＳＴＭＤ−２２４０により硬度を測定すること
ができる程度にまで結合しているものをいう。

【０００８】カーボンブラック集合体の硬度が１００ｇ
未満では、集合体の取り扱いに際して粉化や欠けの発生
が多く、持ち運びに際しても容易に崩れてしまうため、
使用に耐えない。カーボンブラック集合体の硬度は１０
０ｇ以上であれば特に限定されず、好ましくは１００〜
２０００ｇ、より好ましくは２００〜２０００ｇ、特に
好ましくは３００〜８００ｇである。この範囲で特にビ
ヒクルへの分散性が優れており、インクや塗料の顔料と
して用いた場合に容易にビヒクルへ分散する。なおゴム
組成物の調製に用いる場合にはバンバリーミキサー等に
より強力に混合されるので、分散性が問題となることは
少なく、より大きな硬度でも問題ない。このように用途
に応じて適宜硬度を選択すればよい。

【０００９】カーボンブラックとしては、特に限定され
ない。例えば、ランプブラック、アセチレンブラック、
ファーネスブラック等が使用できるが、現在汎用されて
いるファーネスブラックは特に小粒子径、小ストラクチ
ャーとすることができ、またその表面官能基等の特性に
起因するためと考えられるものであるが各種の着色組成
物とした際の特性の発現が優れている一方、粉化・発塵
の問題が大きかった。このためファーネスブラックに本
発明を適用すれば工業的意義は大きい。カーボンブラッ
ク集合体の作製方法は特に限定されないが、最適な硬度
を持つカーボンブラック集合体を得るためには、摺動可
能な型にカーボンブラックを入れ、加圧してカーボンブ
ラックを集合させる方法が好ましい。

【００１０】加圧に用いる装置としては油圧プレス機、
エアーシリンダー式プレス機等、各種の加圧成型機を用
いることができる。この際カーボンブラックを入れる摺
動可能な型の材料としては特に限定されず、各種の金属
製、セラミックス製、樹脂製等いずれも用いることがで
きる。なお、カーボンブラックを集合させる圧力は固体
である型から直にかかるものとするのが望ましい。例え
ば特開平６−１２２１１１号公報におけるごとくカーボ
ンブラックの周囲の気体がカーボンブラックを加圧する
ごとき態様の場合、本発明におけるカーボンブラック集
合体として十分な硬度を有する表面を形成することが困
難となる。

【００１１】本発明のカーボンブラック集合体の大きさ
は、特に限定されない。ＡＳＴＭＤ−２２４０に規定す
る方法で硬度を測定することができる程度であればよ
く、特に好ましくは約１ｃｃ以上の体積を有する塊であ
る。集合体の体積が１ｃｃよりも小さいと、集合体が所
定の硬度を有していても集合体自身が飛散して環境汚染
を引き起こすことも考えられるためである。集合体の形
状は特に限定されず、目的及び使用の態様に応じて直方
体、立方体、円柱状、球状等、所望の形状とすればよ
い。なお、本発明のカーボンブラック集合体中に、カー
ボンブラック以外に樹脂その他各種の添加剤が添加され
たものとすることもできる。この場合、添加量として
は、５重量％以下、好ましくは３重量％以下が適当であ
る。添加時期は特に制限されないが、例えば上述の製造
方法においてカーボンブラック粉末を型に入れて加圧す
る際に、添加剤を入れたものを加圧すれば、操作が容易
である。

【００１２】また、本発明のカーボンブラック集合体
を、更に各種の包装材で包装することにより、運搬、貯
蔵、使用時の粉立ち、粉塵による汚染防止を徹底するこ
ともできる。包装材は特に限定されず、各種のフィルム
での包装、コーティングによる包装等が挙げられる。好
ましくはカーボンブラックが投入されるビヒクルに混和
・溶解して問題のない各種の材質とすれば、包装材を取
り除くことなく集合体を用いることができ、非常に好適
である。以上説明した本発明のカーボンブラック集合体
は、カーボンブラックを用いることのできるあらゆる用
途に好適に使用することができるものである。以下に、
発明を実施例により更に具体的に説明する。

【００１３】実施例１油研株式会社製炭素鋼金型（内法１５０mm×１５０mm、
高さ３６０mm）に三菱化学（株）製カーボンブラック
「＃４５」を１Ｋｇ入れ、油研（株）製の油圧プレスに
セットした。圧力１３．３ｋｇｆ／ｃｍ²を印可して、
カーボンブラックを一定形状に成形してカーボンブラッ
ク集合体とした。得られた集合体の硬度を、（株）上島
製作所製スプリング式硬度計（ＨＤ−１０３Ｎ型）で測
定した。集合体の上面および側面を各３回測定しこの６
点の平均値を硬度とした。その結果、４５１ｇであっ
た。次に、このカーボンブラック集合体の粉化率を測定
した。粉化率の測定方法は、以下のとおりである。

【００１４】カーボンブラック集合体を２５±０．０１
ｇ（Ｗ）迄精秤し、ＪＩＳＫ−６２２１に準拠した直
径２００ｍｍ、目開き１ｍｍの篩に入れる。この篩に受
け皿と蓋を取り付け、ＪＩＳＫー６２２１に準拠した
振とう機で打撃を加えながら２０秒間振とうする。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、次式によって粉化率を算出した。

【式１】粉化率（％）＝（Ｗ_R／Ｗ）×１００Ｗ_R＝1．１３ｇであり、粉化率は４．５％となった。更
に、カーボンブラック集合体の分散性を評価するため
に、以下の方法によりインク篩残率を測定した。

【００１５】約１．８リットルのステンレス容器（直径
１１ｃｍ、高さ１８．５ｃｍ）に４８０ｇのレダクタス
＃２２０（共石製）と１２０ｇのカーボンブラック集合
体を加えた。ＴＫオートホモミキサーＳＬ１０Ａ（特殊
理化工業製）にセットした攪拌翼（４枚羽根、羽根の直
径４．５ｃｍ）をステンレス容器の底面より２ｃｍ上方
に挿入した。攪拌翼を５０００r.p.m.で１時間攪拌し
た。この中から５０ｇを分取し３２５メッシュ（目開
き；４６μｍ）のステンレス製篩で濾過した。濾過後、
金網面に約２００ｃｃの軽油を振りかけて洗浄した。こ
の篩を１５０℃に設定した乾燥機に１時間入れ乾燥し
た。乾燥機から取り出し、冷却後、篩の重量を測定し
た。予め測定しておいた篩の重量を差し引いて篩上に残
ったカーボンブラックの重量（Ａｇ）を測定し、次の式
よりインク篩残率を計算した。

【式２】インク篩い残率（％）＝（Ａ×６００/（５０
×１２０））×１００Ａ＝１．５２（ｇ）であり、インク篩残率は１５．２ｗ
ｔ％であった。

【００１６】実施例２印可圧力を２２．２ｋｇｆ／ｃｍ²とした以外は、実施
例１と全く同様の操作で集合体を作製した。更に、実施
例１と全く同様の操作で硬度、粉化率、インク篩残率を
測定した。その結果、硬度６２３ｇ、粉化率１．２％、
インク篩残率１８．１ｗｔ％であった。実施例３印可圧力を４４．４ｋｇｆ／ｃｍ²とした以外は、実施
例１と全く同様の操作で集合体を作製した。更に、実施
例１と全く同様の操作で硬度、粉化率、インク篩残率を
測定した。その結果、硬度７０８ｇ、粉化率０．３％、
インク篩残率３０．４ｗｔ％であった。

【００１７】実施例４印可圧力を８８．９ｋｇｆ／ｃｍ²とした以外は、実施
例１と全く同様の操作で集合体を作製した。更に、実施
例１と全く同様の操作で硬度、粉化率、インク篩残率を
測定した。その結果、硬度７５８ｇ、粉化率０．２％、
インク篩残率４８．２ｗｔ％であった。実施例５カーボンブラックとして三菱化学（株）製カーボンブラ
ック「ＭＡ７」を用いた以外は、実施例１と全く同様の
操作で集合体を作製した。更に、実施例１と全く同様の
操作で硬度と粉化率を測定した。その結果、硬度４９２
ｇ、粉化率３．８％、インク篩残率５．７ｗｔ％であっ
た。

【００１８】実施例６印可圧力を２２．２ｋｇｆ／ｃｍ²とした以外は、実施
例５と全く同様の操作で集合体を作製した。更に、実施
例１と全く同様の操作で硬度、粉化率、インク篩残率を
測定した。その結果、硬度６２２ｇ、粉化率１．２％、
インク篩残率１２．３ｗｔ％であった。実施例７印可圧力を４４．４ｋｇｆ／ｃｍ²とした以外は、実施
例５と全く同様の操作で集合体を作製した。更に、実施
例１と全く同様の操作で硬度、粉化率、インク篩残率を
測定した。その結果、硬度６８６ｇ、粉化率０．４％、
インク篩残率２０．６ｗｔ％であった。

【００１９】実施例８印可圧力を８８．９ｋｇｆ／ｃｍ²とした以外は、実施
例１と全く同様の操作で集合体を作製した。更に、実施
例１と全く同様の操作で硬度、粉化率、インク篩残率を
測定した。その結果、硬度７５８ｇ、粉化率０．２％、
インク篩残率３５．２ｗｔ％であった。実施例９カーボンブラックとして三菱化学（株）製カーボンブラ
ック「＃９９０」を用いた以外は、実施例１と全く同様
の操作で集合体を作製した。更に、実施例１と全く同様
の操作で硬度と粉化率を測定した。その結果、硬度４５
７ｇ、粉化率４．１％、インク篩残率８．１ｗｔ％であ
った。

【００２０】実施例１０印可圧力を２２．２ｋｇｆ／ｃｍ²とした以外は、実施
例９と全く同様の操作で集合体を作製した。更に、実施
例１と全く同様の操作で硬度、粉化率、インク篩残率を
測定した。その結果、硬度５９２ｇ、粉化率１．１％、
インク篩残率１２．２ｗｔ％であった。実施例１１印可圧力を４４．４ｋｇｆ／ｃｍ²とした以外は、実施
例９と全く同様の操作で集合体を作製した。更に、実施
例１と全く同様の操作で硬度、粉化率、インク篩残率を
測定した。その結果、硬度６７３ｇ、粉化率０．２％、
インク篩残率３０．４ｗｔ％であった。

【００２１】実施例１２成型圧力を８８．９ｋｇｆ／ｃｍ²とした以外は、実施
例９と全く同様の操作で集合体を作製した。更に、実施
例１と全く同様の操作で硬度、粉化率、インク篩残率を
測定した。その結果、硬度７１７ｇ、粉化率０．１％、
インク篩残率４２．２ｗｔ％であった。

【００２２】比較例１直径３０ｃｍ、高さ３５ｃｍの円筒形の粉体収容部を有
し、上部に吸引口、復圧口及び圧力計を有する密閉型容
器に、三菱化学（株）製カーボンブラック「＃４５」を
０．５ｋｇ入れ上面を均一にならした（高さ１１．５ｃ
ｍ）ステンレス製角型容器（縦１５ｃｍ、横１５ｃｍ、
高さ１２ｃｍ）をセットした。次いで、粉体収容部を密
封とし吸引口から内部の空気を１分間吸引して内部圧力
１ｍｍＨｇ以下に減圧した後、引き続き、復圧口を開放
して外部から空気を導入することにより約０．５秒のう
ちに内部圧力を常圧に復圧した。こうして縦１３．０ｃ
ｍ、横１２．８ｃｍ、高さ約７ｃｍのブロックが得られ
た。ブロックの上部は風圧で吹き飛び凹凸が激しかっ
た。このブロックを、実施例１同様の方法により硬度、
粉化率、インク篩残率を測定した。その結果、硬度は５
６ｇ未満（測定下限以下）、粉化率４８．１ｗｔ％、イ
ンク篩残率１２．５ｗｔ％であった。粉化率が高く、使
用には不適切であった。

【００２３】実施例１３三菱化学エンジニアリング株式会社製炭素鋼金型（内法
７０mm×７０mm、高さ７０mm）に三菱化学（株）製カー
ボンブラック「＃４５」を０．１Ｋｇ入れ、油研株式会
社製油圧プレスにセットした。印可圧力４０８．２ｋｇ
ｆ／ｃｍ²で加圧成型した。実施例１に記載の方法で硬
度を測定した。その結果、硬度はフルレンジを示した。
そこで、（株）上島製作所製スプリング式硬度計（ＨＤ
−１０２Ｎ型）で再度測定した所、１２８０ｇであっ
た。更に実施例１に示す方法で、粉化率及びインク篩残
率を測定した所、粉化率０．１ｗｔ％、インク篩残率８
８．９ｗｔ％であった。比較例２三菱化学製カーボンブラックＭＡ７を用いた以外は、比
較例１と同様の操作を行った。実施例１に記載の方法で
硬度、粉化率、インク篩残率を測定した。その結果、硬
度は５６ｇ未満（測定下限以下）、粉化率３７．１ｗｔ
％、インク篩残率０．３ｗｔ％であった。粉化率が高
く、使用には不適切であった。

【００２４】実施例１４三菱化学エンジニアリング株式会社製炭素鋼金型（内法
７０mm×７０mm、高さ７０mm）に三菱化学（株）製カー
ボンブラック「ＭＡ７」を０．１Ｋｇ入れ、油研株式会
社製油圧プレスにセットした。実施例１に記載の方法で
硬度を測定した。印可圧力４０８．２ｋｇｆ／ｃｍ²で
加圧成型した。その結果、硬度はフルレンジを示した。
そこで、（株）上島製作所製スプリング式硬度計（ＨＤ
−１０２Ｎ型）で再度測定した所、１２７０ｇであっ
た。更に実施例１に示す方法で、粉化率及びインク篩残
率を測定した所、粉化率０．２ｗｔ％、インク篩残率７
３．２ｗｔ％であった。

【００２５】比較例３三菱化学製カーボンブラック＃９９０用いた以外は比較
例１と同様の操作を行った得られたサンプルを、実施例
１に記載の方法で硬度および粉化率を測定した。その結
果、硬度は６０ｇ、粉化率２５．４％、インク篩残率
０．７％であった。粉化率が高く、使用には不適切であ
った。実施例１５三菱化学エンジニアリング株式会社製炭素鋼金型（内法
７０mm×７０mm、高さ７０mm）に三菱化学社製カーボン
ブラック＃９９０を０．１Ｋｇ入れ、油研株式会社製油
圧プレスにセットした。印可圧力４０８．２ｋｇｆ／ｃ
ｍ²で加圧成型した。実施例１に記載の方法で硬度およ
び粉化率を測定した。その結果、硬度はフルレンジを示
した。そこで、（株）上島製作所製スプリング式硬度計
（ＨＤ−１０２Ｎ型）で再度測定した所、１３５０ｇで
あった。更に実施例１に示す方法で、粉化率及びインク
篩残率を測定した所、粉化率０．１ｗｔ％、インク篩残
率７６．３ｗｔ％であった。

【００２６】

【発明の効果】カーボンブラックの硬度を適切な値にす
る事により、カーボンブラックを輸送や貯蔵する際に粉
化或いは欠けの発生が極めて少なく、インクや塗料に使
用する際の分散性に優れたカーボンブラック成型体を提
供できる。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】硬度が１００ｇ以上のカーボンブラック集
合体。
【請求項２】硬度が３００〜８００ｇ以下である請求項
１記載のカーボンブラック集合体。
【請求項３】カーボンブラックがファーネス法で得られ
たものである請求項１又は２記載のカーボンブラック集
合体。
【請求項４】カーボンブラック集合体が、摺動可能な型
を用いてカーボンブラックを加圧することにより得られ
たものである請求項１〜３のいずれかに記載のカーボン
ブラック集合体。