JPH01229074A - サーマルタイプ・ファーネスカーボンブラック - 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】 ［技術分野］ 本発明はゴムならびにプラスチックへの分散性、非汚染
性ならびに配合物の屈曲亀裂発生低減性等にすぐれた新
規なサーマルタイプのファーネスカーボンブラックに関
するものである。

［従来技術］ サーマルブラックとしては、従来から耐火れんがを内部
に積んだ分解炉中で天然ガスを断続的に熱分解して生産
されるＭＴ（Ｍｅｄｉｕｍ　Ｔｈｅｒｍａｌ）ならびに
ＦＴ（Ｆｉｎｅ　Ｔｈｅｒ＋＋＋ａｌ）級ブラックが知
られている。これらのサーマルブラックはベルト、ロー
ラー、各種シール、ガスケット、ホース類、チューブ、
モーターマウント、ウェザ−ストリップ、各種成型物、
ワイパーブレード、０−リング等のゴム部材ならびにプ
ラスチック（例えば紫外線劣化防止等）への補強剤ある
いは充填剤として利用されている。

また連続生産できるオイルファーネス法による、サーマ
ルブラックに代替可能な廿−マルタイブの大粒子ファー
ネスブラック（ＵＮＩＴＥＤ　５Ｌ−９０等）も知られ
ている。

これらの物理化学特性としては、例えばＲｕｂｂｅｒ　
Ｗｏｒｌｄ　１９７６年８月号”Ｃａａｒｂｏｎ　Ｂｌ
ａｃｋｂｏａｒｄ”には下記の表−１のとおりの記載が
見られる。

表　　−１ さらにファーネス法によるサーマルタイプのカーボンブ
ラックとしては、Ｒｕｂｂｅｒ　Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙａ
ｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ、第４５巻、第１４５頁（
１９７２）にその物理化学特性として下記の表−２のも
のが知られている。

表　　−２ さらにまた、我国におけるファーネス法によるサーマル
級カーボンブラックとして、ＣＡＲＢＯＮ［］ＬＡＣＫ
年鑑Ｎａ３１．１９８７（カーボンブラック協会昭和６
２年７月１日発行）によれば、下記の表−３のものが知
られている。

表　　−３ 上記各表から明らかな如く、本来のＦＴ（Ｎ８８０）や
ＭＴ　（Ｎ９９０）はベンゼン着色透過度が著しく低く
。

すなわち、カーボン表面が未分解残留物質（この量が増
加すると、カーボンブラックの揮発分の割合が大きくな
る）で覆われているので配合物への汚染性が問題とされ
ていた。ファーネス法によるサーマルタイプのカーボン
ブラックでは、平均粒子径また粒子径の大小の尺度とし
てのよう素吸着量で対比してみると、ファーネス法によ
るものは典型的なサーマルブラックよりもよう素吸着量
が大きく（すなわち粒子径小）、かつ比着色力も高いの
でＦＴまたは１級ブラックの特徴である多量配合におけ
る分散性等についてやや難点があったばかりではなく、
作業性、成形性においても不満足なものであった。よう
素吸着量ならびにＤＢＰ吸油量において、従来のＦＴま
たはＭＴ級ジブラック近似する上記表−２のＸＣ−３１
カーボンは、後述の本発明にかかるカーボンブラックに
おいて理解されるとおり、例えば比着色力値が一定値以
下であっても、アクリゲートサイズ分布指数Ｓが一定値
を下回ると、上記表−２に示された特性値のみでは律し
きれないゴム配合特性、例えば分散性の低下と、これに
起因する耐屈曲亀裂性が劣るなどの問題がある。

ファーネス法によるサーマルタイプのカーボンブラック
の製造法としては、特公昭４９−４５０７５号（出願人
：旭カーボン株式会社）公報が知られているが、この先
行発明による製品として吸油量４０ｃｃ／ｌｏｏｇ、よ
う素吸着量１１．０■／ｇ、揮発分０゜６７％が紹介さ
れており、従来の典型的なサーマルブラックに近似した
特性を有していることが理解される。

しかし、揮発分（未分解物質）が熱分解ＦＴの０．９６
％に匹敵する程高い（すなわち、トルエン着色透過度が
低い）ために配合物への汚染性という問題があり、さら
にはアクリゲートサイズ分布指数Ｓが小さいために生じ
る分散性低下に対応するための改善が必要であった。

［目　　　的コ 本発明の目的は、ゴムやプラスチックの配合物への多量
配合が可能である従来のＦＴならびに１級ブラック並の
大粒子径、すなわち、よう素吸着量（ＩＡ）値を低位に
維持しながらＤＢＰ吸油量（ＤＢＰＡ）を従来のＦＴな
らびに訂よりも若干高位に保持せしめ、さらに配合物の
汚染に関連するトルエン着色透過度を６０％以上にした
サーマルタイプのファーネスカーボンブラックを提供す
ることである。さらに、本発明の目的は、分散性に関連
する比着色力を後述の算出式−（１）で算出される値以
下の低位とし、さらにアグリゲートのストークス相当径
の最多頻度値（Ｄｓｔ）と、Ｄｓｔよりも大きな側にあ
って、かつＤｓｔの１／２の頻度を有するストークス相
当径（ＯＳ。）とにより算出される下記算出式−■のＳ
値を従来のサーマル級ファーネスカーボンブラックより
も大きい０．２０以上に保持せしめることにより、配合
物中への分散性、耐屈曲亀裂発生性を改善したサーマル
タイプファーネスカーボンブラックを提供することであ
る。

算出式−（１）：比着色力＝　ＩＡ　＋　２０ここで、
比着色力はＪＩＳに６２２１−８２による測定値である
。

算出式−■：　Ｓ＝０．８４９３２ＸＱｏｇ（吋。／Ｄ
ｓｔ）ここで、Ｄｓｔは遠心沈降分析によるカーボンブ
ラックアクリゲートのストークス相当径の最多頻度値（
Ｄｓｔ）であり、吋。はＤｓｔよりも大きな側にあって
、かつＤｓｔの１７２の頻度を有するストークス相当径
である。

［目的を達成するための手段］ 本発明者らは、上述の如きＩＡ、　ＤＢＰＡ、比着色力
ならびにトルエン着色透過度の基本特性値を有するファ
ーネスカーボンブラックにおいて、特に比較的大きなア
クリゲートサイズの分布広さの目安となり、算出式−（
２）で算出されるＳ値について、最多頻度アクリゲート
サイズ（Ｄｓｔ）よりも大きいアグリゲートの多寡すな
わちＳ値の大小が配合物への分散性に極めて大きな影響
を与えることを見出した。この指数Ｓは、上述の基本特
性値範囲のファーネスカーボンブラックでは通常０．１
８以下であり、このＳ値を０．２０以上という分布の広
い側に制御することにより、分散性にすぐれたカーボン
ブラックとなることが判明した。

すなわち、本発明はよう素吸着量（ＩＡ）が８〜１５＋
ｎｇ／ｇ、　ＤＢＰ吸油量（ＤＢＰＡ）が３５〜４５ｄ
／１００ｇ、トルエン着色透過度（着色透過度は、カー
ボンブラック中の未分解物質を溶媒で抽出し、抽出され
た量を分光光度計で測定するものであるが、同じ芳香族
系溶媒であるベンゼンとトルエンの抽出能力に若干の差
異があり、通常トルエンの方が抽出能力が高く透過率と
しては低く測定される）が６０％以上の領域にあるファ
ーネスカーボンブラックにおいて、比着色力が前記算出
式−（１）で得られる値以下であり、かつ前記算出式−
（２）で得られるアクリゲートサイズ分布指数（Ｓ）が
０．２０以上である特性を有するサーマルタイプファー
ネスカーボンブラックである。

なお、ＩＡが８■／ｇを下回る場合はゴム配合物におい
て引張り強さ等が不満足となり、１５ｍｇ／ｇを上回る
場合は多量配合が困難となる。

また、ＤＢＰＡが３５ｍｌ／１００ｇを下回る場合には
、ゴムやプラスチックへの配合時の分散性が低下し、４
５ｄ／１００ｇを上回る場合には、ゴム配合物の硬さが
増大して柔軟性が低下し、屈曲亀裂発生試験における亀
裂発生までの屈曲回数が大幅に低下するために好ましく
ない。トルエン着色透過度は、６０％を下回るとゴムや
プラスチック配合物の汚染性を回避することが困難とな
り、できれば６５％、とくに７０％以上とするのが好適
である。

本発明カーボンブラックにおいて比着色力がＩＡ　＋　
２０で算出する値を上回る大きな値になると配合物への
分散性が低下するので不適当である。

本発明の分散性にすぐれたカーボンブラックは、特に柔
軟性について要求される屈曲亀裂発生試験の屈曲回数を
格段に向上することができるが、Ｓ値をあまり大きくす
るとゴム等への配合の場合に補強性を低下する傾向にあ
るので、望ましくは０．３５以下、さらに望ましくは０
．３０以下とするのが本発明において好適である。

本発明にかかるカーボンブラックの物理化学特性は次の
ようにして測定される。

（１）よう素吸着量 ＪＩＳ　Ｋ　６２２１（１９３２）６・１・１で測定さ
れる。

（２）　ＤＢＰ吸油量Ａ法（機械法） ＪＩＳ　Ｋ　６２２１（１９８２）６・１・２で測定さ
れる。

（３）比着色力 ＪＩＳ　Ｋ　６２２１（１９８２）６・ｌ・３で測定さ
れる。

（４）トルエン着色透過度 ＪＩＳ　Ｋ　６２２１（１９８２）６・１・４で測定さ
れる。

（５）沈降分析によるカーボンブラック凝集体サイズ分
析法で測定される。

使用機器 Ｄｉｓｋ　Ｃｅｎｔｒｉｆｕｇｅ（Ｐｈｏｔｏ　ｓｅｄ
ｉｍｅｎｔｏｎ＋ｅｔｅｒ）（ＤＣＦ）（英）　Ｊｏｙ
ｃａ　Ｌｏｅｂ１社製 測定法 若干の界面活性剤を加えた３０％メタノール水溶液中に
、０．０２〜０．０６重量％のカーボンブラックを加え
、超音波処理を施して完全に分散せしめる。２５ｖ／ｖ
％グリセリン水溶液の沈降液（スピン液）２０〜３０−
を性態した回転ディスク（ｄｉｓｋ）の回転数を６００
０ｒｐ＋ｉとし、上記分散液０．０２〜０゜０３−を性
態する。

分散液の性態と同時に記録計を動作せしめ、回転ディス
クの外周近傍の一定点を沈降によって通過するカーボン
ブラックアクリゲートの量を光学的に測定して、その量
を時間に対するヒストグラムとして記録する。

沈降時間を、下記の式（ストークスの式の一般型）によ
りストークス相当径に換算し、力−ボンブラックアグリ
ゲートのストークス相当径とその頻度のヒストグラムを
得る。

ｄ＝−（１） 式（１）において、ｄは沈降開始後の時間ｔで回転ディ
スクの光学的測定点を通過するカーボンブラックアクリ
ゲートのストークス相当径である。

定数には、測定時のスピン液の量、粘度およびカーボン
ブラックとの密度差（カーボンブラックの真密度を１　
、１１６ｇ／　ｍｌとする）、さらに回転ディスクの回
転数によって決定せられる定数である０例えば、スピン
液として２５Ｖ／Ｖ％グリセリン水溶液２２．５１を用
い、測定温度２０℃でディスク回転数６０００ｒｐ＋ｍ
とした場合のに値は７５２．０となり、ｄはｎ＋ｓ、　
ｔは分で表示される。

ＤｓｔおよびＳの定義 上記測定操作によって得られるアグリゲートのストーク
ス相当径のヒストグラムにおいて、最多頻度（実際には
、光学的測定を行なっているので最大吸光度である）を
与えるストークス相当径をＤｓｔ（Ｍｏｄｅ）と称し、
カーボンブラックアクリゲートの平均的大きさの目安と
する。

また、当該ヒストグラムにおいて、Ｄｓｔの示す頻度（
吸光度）の二分の−の頻度（吸光度）を示し、かつＤｓ
ｔよりも大なるストークス相当径を吋。とじたとき、ア
クリゲートサイズ分布指数Ｓは、 Ｓ　＝　０．８４９３２　Ｘ　１２ｏｇ（ＤＦｏ／Ｄｓ
ｔ）で定義される。これは、比較的大きなアクリゲート
サイズの分布広さの目安となる。

［実　施　例コ 以下に実施例を示し、本発明をさらに詳しく説明する。

［製造例］ 特公昭４９−４５０７５号公報記載の円筒型製造炉と同
様な構造の第１図に示したオイルファーネス炉（直径６
００ｎｙａ、長さ５０００ｎｗｍ）の炉頭部中心軸方向
から炉内に原料油噴霧ノズル１を挿入設置し、炉の接線
方向に上下一対に設けられた第１空気孔グループＡ、第
２空気孔グループＢならびに第３空気孔グループＣより
適宜の空気を導入し、各空気孔グループからの導入空気
量ならびに原料油供給量を変化することにより、物理化
学特性値の異なるサーマルタイプ・ファーネスカーボン
ブラックを製造した。なお、ＤＢＰＡの制御については
通常の調整剤を適宜利用した。

使用原料油の性状を表−４に示し、製造したカーボンブ
ラックの製造条件と物理化学特性を表−５にそれぞれ示
した。

表−４ （以下余白） ［ゴム配合例コ 表−５に示したカーボンブラックを表−６に示す配合割
合でゴムに配合し、１４５℃で３０分間加硫してゴム特
性を測定した。ゴム特性をとりまとめて表−７に示した
。

表−６ 配　合　物　　　　　　　　重量部 Ｓ　Ｂ　Ｒ＃１５００　　　　　　　１００カーボンブ
ラツク　　　　　　８０ アロマ系プロセスオイル　　　３０ ステアリン酸　　　　　　　　　ｌ 亜鉛華　　　　５ 促進剤（ＣＺ）　　　　　　　　　　１．７５硫黄　　
　　　１．５ ［発明の効果］ 製造例Ｎα１，２．３および４は本発明によるカーボン
ブラックであり、製造例Ｎｕ　５は前述した表−２のＸ
Ｃ−３１類似のカーボンブラックであり、比着色力は本
発明要件を満足するが、ＤＢＰＡならびにＳが本発明か
ら逸脱するカーボンブラックであって、カーボンブラッ
ク分散度が低位で屈曲亀裂発生性において劣る。

製造例Ｈａ　６のカーボンブラックはＤＢＰＡにおいて
、また製造例ＮＱ７のカーボンブラックはＳ値において
それぞれ本発明から逸脱するカーボンブラックである。

そして、Ｎａ　６力−ボンブラツク使用ゴム配合物は分
散度においては本発明カーボンブラックと同等であるが
、耐屈曲亀裂発生性において不満足なものとなる。また
、Ｎ１１７カーボンブラツクでは分散度ならびに耐屈曲
亀裂発生性の両者において不満足なものとなる。

以上のように本発明によれば、分散度において優れ、耐
屈曲亀裂発生性においても格段に優れたカーボンブラッ
クが得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明カーボンブラックを製造するために使用
した一例の製造炉の縦断正面図である。 １・・・原料油噴霧ノズル Ａ・・・第１空気孔グループ（２，２’）Ｂ・・・第２
空気孔グループ（３，３’）Ｃ・・・第３空気孔グルー
プ（４，４’）特許出願人　旭カーボン株式会社

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、よう素吸着量（ I Ａ）が８〜１５ｍｇ／ｇ、ＤＢ
   Ｐ吸油量（ＤＢＰＡ）が３５〜４５ｍｌ／１００ｇ、ト
   ルエン着色透過度が６０％以上の領域にあるファーネス
   カーボンブラックにおいて、比着色力が下記算出式−（
   １）で得られる値以下であり、かつ下記算出式−（２）
   で得られるアクリゲートサイズ分布指数（Ｓ）が０．２
   ０以上である特性を有するサーマルタイプファーネスカ
   ーボンブラック。 算出式−（１）：比着色力＝ I Ａ＋２０ 算出式−（２）：Ｓ＝０．８４９３２×ｌｏｇ（Ｄ＾Ｌ
   ＿５＿０／Ｄｓｔ）ここで、Ｄｓｔは遠心沈降分析によ
   るカーボンブラックアクリゲートのストークス相当径の
   最多頻度値（Ｄｓｔ）であり、Ｄ＾Ｌ＿５＿０はＤｓｔ
   よりも大きな側にあって、かつＤｓｔの１／２の頻度を
   有するストークス相当径である。