JPH02166169A - 良分散性カーボンブラックとその製造方法 - 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】 （産業上の利用分野〕 本発明はゴム、樹脂、塗料、インク用として分散性の改
良されたカーボンブラック、およびその製造方法に関す
る。

〔従来の技術〕

従来より、カーボンブラックを種々の媒体に分散させる
のに界面活性剤が使用されている。しかし詳細に検討す
ると何れも本発明と目的及び界面活性剤の種類を異にし
ている。

特公昭４５−５６４３号公報には炭化水素の熱分解によ
って生成したカーボンブラックを燃焼ガスと同伴して、
又は燃焼ガスと分離後引続き、気流中に浮遊させた状態
で、マシン油、スピンドル油等の鉱物油、アマニ油、桐
油等の植物油よりなるビヒクルによって湿潤させるイン
キ等への高分散性カーボンブラックの製造方法が開示さ
れている。これは界面活性剤を使用していない。

特開昭５８−１０４９６２号公報は、８１１度カーボン
ブラックの低粘度水分散液を作る目的で、窒素吸着比表
面積（ＢＥＴ）が３００ｆｆｌ／９以上の多部質カーボ
ンブラックを機械的に微粉砕した侵、アニオン性界面活
性剤含有水溶液を加え混合するものである。

特開昭５８−１２５７５９号公報は、水及び水性媒体に
対する再分散性の良好なカーボンブラックを製造する目
的で、平均粒径２００ｍμ以上の造粒されたカーボンブ
ラック粒子をβ−ナフタレンスルホン酸ソーダホルマリ
ン縮合物、ドデシルベンゼンスルホン酸ソーダ、ポリカ
ルボン酸リグニンスルホン酸などの陰イオン界面活性剤
と水とでサンドミル、アトライター等の湿式微粒子分散
機によって分散処理した後、超微粒子を除去し乾燥する
ものである。

これは水分散性の大きいカーボンブラックだけを目的と
し、非イオン系界面活性剤を使用するものではなく、か
つ造粒させるものでもない。

特開昭６２−２５００８４号公報は、水不溶性の界面活
性剤により表面を被覆したカーボンブラックと、高分子
分散剤と、水からなるボールペン用水性黒色顔料インキ
である。

このように従来の技術はカーボンブラックの水分散液を
作ることを目的としたものが多く、水分散液を目的とし
ないものは水に不溶性の界面活性剤を使用している。ま
た特公昭４５−５６４３１１公報以外は原料炭化水素の
熱分解によって生成した直後のカーボンブラックを対象
とせず、すべて造粒されたカーボンブラックを対象とし
ている。

〔発明が解決しようとする課題〕

カーボンブラックは、ゴムに配合されて補強用に、樹脂
に配合されて着色、導電性付与用に、又インク、塗料に
配合されて着色顔料用に使用されるが、この充填剤（フ
ィラー）として、その所有する特性を最大限に発揮させ
るには、粒子の凝集がなく、均一に分散している事が必
要である。混線初期にトルクの低い配合系では配合に当
って、分散不良が生ずるケースが多く、ビヒクルへの分
散性のよい分散助剤の添加が必要となる。カーボンブラ
ックの分散が不良であるとインクや塗料に粒状物の混入
、ゴムに配合して、ゴム物性の低下、樹脂配合に当って
混練電力の増大、押出特性の劣化１、導電性の不良、不
安定という問題点があった。

本発明の目的は、現在の湿式造粒技術にそのまま適用で
きる水溶性であり、乾燥工程や使用温度で熱分解、熱硬
化、炭化することのない耐熱性を有する分散助剤を使用
することで、熱分解によって生成した直後の未造粒のカ
ーボンブラックに均一に配合されており、使用において
、鉱物油などのビヒクルへの分散性がよく、ゴムに配合
して、分散性がよく、従ってゴム物性が向上し、樹脂に
配合して、？！２練時のトルク減少による省電力、押出
特性の改良、導電性の向上、安定化を可能にする良分散
性のカーボンブラックおよびその製造方法を提供するこ
とである。

（課題を解決するための手段〕 本発明はカーボンブラックに対して、０．０２重量％以
上、好ましくは０．０５〜５重量％の水溶性非イオン系
界面活性剤が均一分散され、粒径０．１５〜３ｓφのｔ
！囲内に造粒乾燥されていることを特徴とする良分散性
カーボンブラック及び原料炭化水素の熱分解によって生
成した直後のカーボンブラックの造粒工程において、カ
ーボンブラックに対して０．０２重量％以上、好ましく
は０．０５〜５重昂％の水溶性非イオン系界面活性剤を
溶解した造粒水を使用して、通常の湿式造粒機にて、カ
ーボンブラックを湿式造粒し、界面活性剤の熱分解開始
温度以下で乾燥することを特徴とする良分散性カーボン
ブラックの１１ｍ方法である。以下詳細に説明する。

本発明におけるカーボンブラックは原料炭化水素の熱分
解により生成した直後の平均粒径１８０ｒｖ以下の超微
粒子カーボンブラックに好適である。

界面活性剤の添加量としては、カーボンブラックの重量
に対し、０．０２重量％以上が適当で、より好ましくは
０．０５〜３．０ｉｌｉｔ％である。

製造方法としては、原料炭化水素の熱分解によって生成
し、急冷した直後のカーボンブラックが造粒されていな
い内に、造粒水に水溶性非イオン系界面活性剤を溶解し
て、水溶液としてカーボンブラックに添加し、通常のビ
ン型湿式造粒機にて、湿式造粒ゝし、界面活性剤の熱分
解開始１度以下で乾燥して、０．１５〜３．ｗφの範囲
内に分級するものである。

カーボンブラックの造粒時に通常使用されている砂糖等
の造粒ビードの硬さ調整剤（バインダー）は、本発明者
らの研究の結果、乾燥工程の通常の出口温度２５０〜３
５０’Ｃで熱分解及び熱重合によってカルメラ化し、硬
い粒子を形成して分散不良の原因となっていることが見
い出された。従って本発明では、これらのバインダーを
使用しないばかりでなく、造粒の前に非イオン系界面活
性剤水溶液等でカーボンブラックの凝集体（アグリゲー
ト）の粒子個々の表面が均一にコーティングされるよう
に均一分散させ、かつ界面活性剤の熱分解開始温度以下
で、通常１３０〜２００℃で乾燥するものである。

界面活性剤としては、ポリオヤシアルキレングリコール
フルキルエーテル、ポリオキシエチレンオレイン酸エス
テル、ソルビタン脂肪酸エステル等の非イオン系界面活
性剤が挙げられる。

作用としては、カーボンブラックの凝集体（アグリゲー
ト）の粒子の個々の表面に界面活性剤が配列するが、こ
の時、界面活性剤中のエーテル結合、エステル結合や酸
素原子、ＯＨ基等の極性基がカーボンブラックの表面の
酸素原子、水素原子と結合し、界面活性剤中の炭化水素
鎖が外側に向って配列し、これらが０，１５〜３履φの
範囲内に造粒乾燥されているために、粒子全体として、
鉱物油等の油、樹脂、ゴム等との親和性が改善され分散
性が向上するものと考えられる。また界面活性剤中の極
性基によって一方でカーボンブラックとの親和性が確保
されると共に、添加前には水に対する水溶性によって均
一分散を可能にしているものと考えられる。

（実施例） 以下に実施例によって本発明を更に具体的に説明するが
本発明は、この実施例に限定されるものではない。

（実施例１） 原料炭化水素の熱分解により生成した副生ガスと分離し
た直後のＮ−３３０級の粉末カーボンブラック（粒子径
２６〜３Ｑｎｍ、表面積７０〜９０ｆｆｌ／９）を用い
て各種界面活性剤について、分散性の試験を行った。

造粒水に、第１表に示した添加聞となるように界面活性
剤を添加し、造粒ビードは、多数のビンが植設された湿
式造粒機で造粒し、界面活性剤の各々の熱分解開始温度
以下の１３０〜２００℃の範囲内で乾燥し、粒径０．１
５〜３ａｍ＋φの造粒体を供試サンプルとした。

分散性テストに使用した容器は内径８０ａ１高さ１００
閤のＳＵＳ容器で、攪拌羽根は直径５０厘のデイシルバ
ー型を使用した。

最終配合がマシン油＃１２０　１８０９、カーボンブラ
ックが２Ｃ１となるように、１，５００ｒｐｍで攪拌し
ながら、１０分間で上記、造粒したカーボンブラックを
投入し、その後回転数を２．８０Ｏｒｐｍにして８０分
間分散した。

分散性は１５０メツシユの金網を用いて、全量濾過し、
金網上に残留したものを未分散カーボンブラックとして
軽くキシレンで洗浄して、乾燥して秤量した。結果は第
１表の通りであった。

第１表より、界面活性剤の添加により、分散性が大巾に
改Ｓされることが明らかである。又非イオン系の方がア
ニオン系のものより効果が大きい事も明らかである。

（実施例２） 実施例１と同様に副生ガスと分離した直後のＳＲＦ級（
平均粒径６１〜１１００ｎ、ＢＥＴ１７〜３３Ｔｄ／ｇ
）、及びＦＥＦ級（平均粒径４０〜４８ｎｍ、ＢＥ丁３
６〜５２ＴＩｔ／ｇ）の粉末カーボンブラックに界面活
性剤として非イオン系のポリオキシエチレンオレイン酸
エステルを各々第２表の添加量となるように造粒水に添
加し、造粒、乾燥し、ゴム特性及び分散性の効果確認を
行なった。ゴム配合はＥＰＤＭ系で、プロセス油を多量
に配合した混線初期のトルクが低く、分散性の悪い事の
予想される配合とした。

ＥＰＤＭ　　　　　　　　　　１００重争部カーボンブ
ラック　　　　　１５０ パラフイン系プロセス油　　１００！！ｆｆｉ部ステア
リン酸　　　　　　　　　１１Ｆ亜鉛華　　　　　　　
　　　　　５　〃加硫促進剤　　　　　　　　１．５Ｉ
Ｐ加硫促進剤　　　　　　　　０．５ 硫質　　　　　　　　　　　１．５　〃混練は１．８ｇ
のインテンシブミキサーを使用し、通常の方法で混練、
加硫し、界面活性剤の添加量と加硫物の物性及び分散性
の関係を調査した。

ゴム物性は無添加の場合を１００として、比で表わした
。

分散性の評価は、ミクロトームを使用し、ガラス転移点
近傍の温度でガラスナイフを使用して、加硫ゴムを裁断
した。裁断したゴム片を画像解析装置を用いて、裁断面
の測定面積５ｓ当りのカーボンブラック凝集物と思われ
る５μｍ以上の凹凸を個数及び円相５径とその標準偏差
、さらに測定面積に占める凹凸の面積率を求めた。

ゴム物性及び分散性の結果は第２表の通りである。

上表の様に、非イオン系界面活性剤添加により、分散性
が大きく改良され、ゴム物性も改良されていることが明
らかである。

添加ｍについては、０．５〜３．０重１％までは、ゴム
物性、分散性共に良好な結果であるが、それ以上になる
と、液状活性剤を使用したため、分散は良くなっている
が、ゴム物性が若干悪くなりかかつており、従って添加
量は５．０重量％が限度である。

（実施例３） 実施例１と同様に、ｉＷＪ生ガスと分離した直後の１−
ＩＡＦ（平均粒径２６〜３０ｎｍＳＢＥＴ表面積７０〜
９０ゴ／ｇ）、及びＦＥＦ（平均粒径４０〜４８ｎｍＳ
ＢＥＴ表面積３６〜５２ｍ／！？）の粉末カーボンブラ
ックに対し、界面活性剤として非イオン系のポリオキシ
アルキレングリコールアルキルエーテルを使用し、この
水溶液を造粒水として、造粒し、更に１５０〜２００℃
で乾燥したサンプルについて、ポリプロピレン樹脂に対
する混線性について試験した。非イオン系界面活性剤の
添加量はカーボンブラックに対し１．Ｏｆｉ呈％とした
。

配合は　　ポリプロピレン（商品名 ハイボー）Ｌｔｔ；３−２００）７Ｏａｆａ部上記カー
ボンブラック　３０重組部 混線条件　混練ｍ　　　４ｉ上ニーダ−２００ａｄ仕込
！ｉ　　　１７０９ 混練時間　２３０℃、３０　ｒ　ｐｍ。

１５分間 混線時のＭＡｘトルク（／（！９−ｃ＊）、製品のメル
トインデックス（ＭＩ）、体積固有抵抗（Ω−α）を第
３表に示す。

第３表で明らかなように、界面活性剤添加の効果は、混
練時のＭＡＸトルクが１２．５〜１５％低下し、混線の
省電力化が可能となり、又押出特性（Ｍ　Ｉ　）が改良
され、更に電気抵抗の低下とロット内のバラツキが小さ
くなっており、品質的に安定していることが判る。

〔発明の効果〕

本発明の良分散性のカーボンブラックは、熱分解によっ
て生成した直後の未造粒のカーボンブラックのアグリゲ
ート個々の表面に均一に界面活性剤が配列された状態で
造粒しているので、塗料、インク等の用途において、鉱
物油などのビヒクルに対しそのままで分散性が極めてよ
く、ゴム配合の用途において、分散性が優れる故にゴム
物性が向上し、更に樹脂配合の用途において、混練時の
トルク減少による省電力に寄与し、押出成形性を改良し
、導電性の向上、安定化を可能にする。

製造方法としては、水溶性、耐熱性の非イオン系界面活
性剤を分散助剤として使用して、現在使用されている湿
式造粒機で造粒水として添加を可能にし、新たな工程を
必要とせず又カーボンブラックが過度の擬集をしへい内
にアグリゲート表面に均一に配列させる事を可能にする
ものであり、その工業的効果は極めて大きい。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、カーボンブラックに対して、０．０２重量％以上、
   好ましくは０．０５〜５重量％の水溶性非イオン系界面
   活性剤が均一分散され、粒径０．１５〜３ｍｍφの範囲
   内に造粒乾燥されていることを特徴とする良分散性カー
   ボンブラック。 ２、原料炭化水素の熱分解によって生成した直後のカー
   ボンブラックの造粒工程において、カーボンブラックに
   対して０．０２重量％以上、好ましくは０．０５〜５重
   量％の水溶性非イオン系界面活性剤を溶解した造粒水を
   使用して、通常の湿式造粒機にてカーボンブラックを湿
   式造粒し、界面活性剤の熱分解開始温度以下で乾燥する
   ことを特徴とする良分散性カーボンブラックの製造方法
   。