JPH10265700A

JPH10265700A - カーボンブラック集合体

Info

Publication number: JPH10265700A
Application number: JP7030297A
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】表面の硬度が内部の硬度より大きいこと
を特徴とする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、中国の漢時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】これに対してカーボン
ブラックの形態に関しては、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、工業的に有効な大量の処理を実施することは困
難である。

【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、減圧処理し
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
により加える事が可能な圧力は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】

【問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、その内部
と表面との硬度が特定の関係にある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
散性も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、表面の硬度が内部の硬度より大きいこと
を特徴とする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十分な硬度を有し粉立ちも
抑えられ取り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士が実質的に密度ムラなく均一に集
合しているため、ビヒクルへの分散性も向上しているも
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、表面の硬度が内部
の硬度より大きいものである。ここで硬度は、ＡＳＴＭ
Ｄ−２２４０に規定されるスプリング式硬度計（ＳＨ
ＯＲＥＡ）で測定した値をいう。表面の硬度とは、カ
ーボンブラック集合体の表面を、上記の方法により測定
した値をいう。内部の硬度とは、カーボンブラック集合
体の表面から５ｍｍ以上内部である部位をいう。内部の
硬度は、カーボンブラック集合体を切断し、その切断面
の硬度を、上記の方法で測定することにより求めること
ができる。

【０００８】硬度を測定する位置は特に制限されず、集
合体の平均的な情報を測定するのに妥当な位置において
測定を行えばよい。バラツキが大きい場合には複数個の
位置を測定し、その平均値を算出すればよい。例えば集
合体が直方体の場合には、６つの面の中央位置の値を各
々測定して、平均値を算出する。集合体が円柱状であれ
ば、上下２つの円形面の中央位置にて測定し、その平均
値を算出すればよい。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、Ａ
ＳＴＭＤ−２２４０により硬度を測定できる程度にま
で結合しているものをいう。本発明のカーボンブラック
集合体は、表面の硬度が内部の硬度に比べて、より大き
いものであればよいが、より好ましくは表面の硬度が内
部の硬度の１．０５〜１．５０倍であるものがよい。内
部の硬度にバラツキがある場合は表面から５ｍｍ内部の
位置の硬度を採用することとする。

【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】カーボンブラック集合体の作製方法は集合
体の内部の硬度が低く、集合体の表面の硬度が高い集合
体を作製することができる方法であれば特に限定されな
いが、例えば以下の方法によれば容易に本発明の集合体
を得ることができる。カーボンブラックを摺動可能な型
に充填して、加圧速度を毎分０．１Ｋｇｆ／ｃｍ²以
上、好ましくは毎分１〜５００ｋｇｆ／ｃｍ²で加圧し
てカーボンブラックを集合させれば、表面の硬度が高
く、内部の硬度が低くなり、容易に本発明のカーボンブ
ラック集合体を得ることができる。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。

【００１１】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
て表面が内部に比べてより大きな硬度を有するものを形
成することが困難である。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−２２
４０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
するカーボンブラックの塊である。集合体の体積が１ｃ
ｃ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。

【００１２】集合体の形状は特に限定されず、目的及び
しようの態様に応じて直方体、立方体、円柱状、球状等
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。

【００１３】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。

【００１４】この発明の効果を確認する為に、カーボン
ブラック集合体の粉化率を測定した。ここで言う粉化率
とは以下の測定方法に従って算出された値をいう。カー
ボンブラック集合体を２５±０．０１ｇ（Ｗ）迄精秤
し、ＪＩＳＫー６２２１に準拠した直径２００ｍｍ、
目開き１ｍｍの篩いに入れる。この篩いに受け皿と蓋を
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（ＷＲ)と
し、次式によって粉化率を算出した。

【式１】粉化率（％）＝（ＷＲ/Ｗ）×１００

【００１５】実施例１試料の作製炭素鋼金型（内法１５０mm×１５０mm、高さ３６０mm）
に三菱化学（株）製カーボンブラック「＃４５」を１Ｋ
ｇ入れ、油研株式会社製油圧プレス機にセットした。圧
力２Kgf／ｃｍ²迄１分間で加圧して、カーボンブラック
を集合させて一定の形状を有するカーボンブラック集合
体とした。集合体の密度（質量を体積で割って求めた
値）は、０．５６５ｇ／ｃｍ²であった。。得られたカ
ーボンブラック集合体を、電動糸のこぎりを使用して集
合体の加圧軸に沿って切断し、２等分した。

【００１６】硬度の測定この２等分した集合体の一方の表面と切断面（内部）の
硬度を測定した。硬度計は、（株）上島製作所製スプリ
ング式硬度計（ＨＤ−１０３Ｎ型）を用いた。集合体の
上面および側面を各３回測定しこの６点の平均値を表面
硬度とした。その結果、７１ｇであった。切断面（内
部）の硬度を３回測定し、そのの平均値を内部硬度とし
た。６１ｇであった。

【００１７】粉化率の測定また、この集合体を２５ｇ精秤し（Ｗとする。）、ＪＩ
ＳＫ−６２２１に準拠した直径２００ｍｍ、目開き１
ｍｍの篩いに入れた。この篩いに受け皿と蓋を取り付
け、ＪＩＳＫ−６２２１に準拠した振とう機で打撃を
加えながら２０秒間振とうした。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測定した
所、５．１３ｇであった（Ｗ_Rとする。）。以下の計算
式により粉化率を求めた。

【式１】粉化率（％）＝（Ｗ_R/Ｗ）×１００ＷＲ＝1．１３ｇであり、粉化率は４．５％となった。
また、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。

【００１８】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成型
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。

【００１９】

【式２】インク篩い残率（％）＝（Ａ×６００/（５０
×１２０））×１００インク篩残率は１５．２ｗｔ％であった。

【００２０】実施例２カーボンブラックを三菱化学（株）製カーボンブラック
ＭＡ７とした以外は、実施例１と全く同様の操作で、密
度０．４５３ｇ／ｃｍ²のカーボンブラック集合体を作
製した。更に、実施例１と全く同様の操作で表面及び内
部の硬度と粉化率を測定した。実施例３カーボンブラックを三菱化学（株）製カーボンブラック
「＃９９０」とした以外は、実施例１と全く同様の操作
で、密度０．２４１ｇ／ｃｍ²のカーボンブラック集合
体を作製した。更に、実施例１と全く同様の操作で表面
及び内部の硬度と粉化率を測定した。

【００２１】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のブロックとしてカ
ーボンブラック集合体が得られた。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及び粉化率を測定した。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。

【００２２】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同様にして、密度０．３２１ｇ／ｃｍ²のカーボン
ブラック集合体を作製した。実施例１に記載の方法で表
面及び内部の硬度と粉化率を測定した。その結果、表面
硬度は５６ｇ未満（測定下限以下）、内部硬度は１０３
ｇ、粉化率４３％であった。

【００２３】比較例３三菱化学製カーボンブラック＃９９０を、特開平６ー１
２２１１１号に記載されている減圧、復圧装置に仕込
み、サンプルを作製した。実施例１に記載の方法で表面
及び内部の硬度と粉化率を測定した。以上の結果を表１
に示す。

【００２４】

【表１】

【００２５】

【発明の効果】本発明により、カーボンブラック集合体
の表面硬度を内部よりも高くする事で、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いカーボンブラ
ック集合体を提供できる。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】表面の硬度が内部の硬度より大きいことを
特徴とするカーボンブラック集合体。
【請求項２】表面の硬度が内部の硬度の１．０５〜１．
５０倍である請求項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、カーボンブラ
ックを摺動可能な型を用いて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。
【請求項５】摺動可能な型を用いてカーボンブラックを
加圧する際に、加圧速度が毎分０．１Ｋｇｆ／ｃｍ²以
上である請求項４記載のカーボンブラック集合体。