(57)【要約】【課題】導電性付与能力に優れ、水分散安定性に優れたカーボンブラックの製造方法を提供する。【解決手段】炭化水素の熱分解反応時及び／又は燃焼反応時に塩化ホウ素を存在させることを特徴とするカーボンブラックの製造方法。炭化水素の熱分解反応時及び／又は燃焼反応時に塩化ホウ素を存在させてカーボンブラックを製造した後、酸化処理することを特徴とするカーボンブラックの製造方法。いずれの方法にあっても、塩化ホウ素が三塩化ホウ素であることが好ましい。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭化水素の熱分解反応時及び／又は燃焼反応時に塩化ホウ素を存在させることを特徴とするカーボンブラックの製造方法。
【請求項２】
炭化水素の熱分解反応時及び／又は燃焼反応時に塩化ホウ素を存在させてカーボンブラックを製造した後、酸化処理することを特徴とするカーボンブラックの製造方法。
【請求項３】
塩化ホウ素が、三塩化ホウ素であることを特徴とする請求項１又は２記載のカーボンブラックの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はカーボンブラックの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、カーボンブラックをゴム・樹脂・塗料・インク等の組成物に含有させて導電性を付与することが行われている。中でも、ホウ素含有カーボンブラックは、一般のカーボンブラックに比べて導電性付与能力に優れ、また水系媒体へのなじみも良いので、近年、注目されている。しかし、水系分散体中のホウ素含有カーボンブラックの分散安定性はまだ十分とはいえなかった。そこで、ホウ素含有カーボンブラックを酸化処理して所定量の酸素を含有させることが提案（特許文献１、特許文献２）されているが、カーボンブラックの導電性付与能力にはまだ改善の余地があった。
【特許文献１】特開２００３−３０１１２４号公報
【特許文献２】特開２０００−２８１９３３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明の目的は、導電性付与能力に優れ、しかも水分散安定性に優れたカーボンブラックを製造することである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
すなわち、本発明は、炭化水素の熱分解反応時及び／又は燃焼反応時に塩化ホウ素を存在させることを特徴とするカーボンブラックの製造方法である。また、本発明は、炭化水素の熱分解反応時及び／又は燃焼反応時に塩化ホウ素を存在させてカーボンブラックを製造した後、酸化処理することを特徴とするカーボンブラックの製造方法である。いずれの方法にあっても、塩化ホウ素は三塩化ホウ素であることが好ましい。
【発明の効果】
【０００５】
本発明によれば、導電性付与能力に優れ、水分散安定性に優れたカーボンブラックを製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
本発明の製造方法の特徴は、炭化水素の熱分解反応時及び／又は燃焼反応時にホウ素化合物を存在させてカーボンブラックを製造する際に、ホウ素化合物として塩化ホウ素を用いることである。また、このようにして製造されたカーボンブラックの水分散安定性を一段と高めるため、このカーボンブラックを更に酸化処理することである。
【０００７】
本発明で使用される炭化水素は、ガス状、オイル状等の様々な炭化水素を用いることができるが、アセチレンを用いた場合には発生熱量が大きく、反応温度が高くなるために好ましい。
【０００８】
塩化ホウ素としては、例えば三塩化ホウ素、クロロジエチルボラン、ジクロロエチルボラン、ジクロロフェニルボラン等を用いることができ、その供給方法は、炭化水素ガスとあらかじめ混合してもよく、また炭化水素が熱分解及び／又は燃焼を起こす領域に別系統から供給することもできる。特に好ましい塩化ホウ素は、三塩化ホウ素である。
【０００９】
製造装置としては、従来のカーボンブラックの製造装置で十分である。たとえば、アセチレンガス（炭化水素）と、気化させた三塩化ホウ素とをあらかじめ混合し、それをカーボンブラック製造炉（例えば炉全長６ｍ、炉直径１ｍ）の炉頂に設置されたノズルから噴霧し、アセチレンの熱分解反応及び／又は燃焼反応を利用してカーボンブラックを製造し、バグフィルターで捕集できる装置が使用される。熱分解温度及び／又は燃焼温度は、１４００〜２８００℃であることが好ましい。
【００１０】
カーボンブラックの酸化処理は、必要に応じて行われる操作であり、空気酸化、オゾン酸化等の乾式法、無機酸、有機酸又はその塩等の酸化剤を含む溶液を利用した湿式法によって行うことができる。乾式法の一例を示せば、原料の連続供給と撹拌が可能な電気炉を４００〜８００℃に加熱し、カーボンブラックと空気・オゾン等の酸化性ガスを供給することである。接触時間・加熱温度等によって、酸化度を制御することができる。また、湿式法の一例を示せば、酸化剤を含む水溶液にカーボンブラックを加え、５０〜１２０℃で５〜１５時間攪拌した後乾燥することである。
【００１１】
本発明によって製造されたカーボンブラックは、導電性付与能力に優れたものであり、例えばＪＩＳ  Ｋ  １４６９による電気抵抗率が０．０８Ωｃｍ以下の高導電性を有するものである。また、組成的には、普通のカーボンブラックと比較して、ホウ素を例えば０．６〜５％（質量％、以下同じ）を含有しているか、又はホウ素を例えば０．６〜５％と酸素を例えば３％以下とを含有していることが特徴である。
【００１２】
構造的には、ホウ素は固溶状態で存在する。固溶状態とは、層状に積み重なったグラファイト構造の炭素の一部がホウ素に置換されたときに見受けられる現象であり、炭化水素の熱分解反応時及び／又は燃焼反応時にホウ素化合物を存在させることによって形成させることができる（特許文献１、特許文献２参照）。固溶状態のホウ素量は、全ホウ素量から可溶ホウ素量を差し引くことによって求めることができる（特許文献２の段落０００９〜００１１参照）。
【００１３】
カーボンブラックの酸素含有量は、多いほど水分散体中のカーボンブラックの分散安定性が高まるが、導電性が逆に低下する恐れがあるので、その上限は３％であることが好ましい。特許文献１、２の実施例で製造されたカーボンブラックの酸素含有量は１．０％以下であって、水酸基、カルボキシル基等の親水性の表面官能基が少ないので、水分散体中のカーボンブラックの分散安定性は十分でない場合もある。本発明のように、ホウ素化合物として塩化ホウ素を用いることによって、同率の酸素含有量では水分散安定性が向上し、しかも導電性付与能力も高まるものであり、驚くべきことである。
【００１４】
本発明によって製造されたカーボンブラックを用いて水分散体を製造するには、例えばイオン交換水や、不純物金属イオンを除去した水などの水にカーボンブラックを分散させることによって行うことができる。水には、アルコールなど親水性の有機溶剤を必要に応じて添加することもできる。
【実施例】
【００１５】
実施例１〜３  比較例１
アセチレンガス（炭化水素）と、三塩化ホウ素ガスを混合し、それをカーボンブラック製造炉（炉全長６ｍ、炉直径１ｍ）の炉頂に設置されたノズルから、表１の条件で噴霧し、アセチレンの熱分解反応を利用してカーボンブラックを製造した。得られたカーボンブラックを炉下部に直結されたバグフィルターから捕集した。
【００１６】
実施例４、５
実施例１で製造されたカーボンブラックを電気炉に入れ、６４０℃にて空気を５０Ｌ／ｈｒで導入し、２０分間（実施例４）又は４０分間（実施例５）の処理を行って酸素含有量の異なるカーボンブラックを製造した。
【００１７】
上記によって製造されたカーボンブラックについて、（１）ＪＩＳ  Ｋ  １４６９による電気抵抗率、（２）酸素含有量（ＬＥＣＯ社製酸素窒素同時分析装置「ＴＣ−１３６型」）、及び（３）水に対する分散安定性を測定した。それらの結果を表１に示す。
【００１８】
なお、水に対する分散安定性は、カーボンブラック５質量部をイオン交換水９５質量部に配合し、３０分間超音波分散を行って水分散体を製造した後、７日間静置後の分散状態を３段階による目視観察によって行った。
【００１９】
【表１】
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【００２０】
表１から、本発明の実施例によって製造されたカーボンブラックは、比較例１のカーボンブラックに比べて、電気抵抗率が同等以下であり、しかも水に対する分散安定性が良好であった。とくに、酸化処理を更に施すことによって、電気抵抗率がわずかに大きくなったが、水に対する分散安定性が著しく向上した（実施例４、５）。
【００２１】
実施例３又は実施例４で得られた水分散体１０質量部と水性タイプのウレタン樹脂９０質量部との混合物を用いて導電紙を製造し、ＪＩＳ  Ｋ  ６９１１に従って表面電気抵抗率を測定したところ、実施例１が０．５ｋΩ／ｃｍ、実施例５が０．９ｋΩ／ｃｍであった。また、いずれの導電紙も極めて剥離しにくいものであった。
【産業上の利用可能性】
【００２２】
本発明によって製造されたカーボンブラックは、ゴム・樹脂・塗料・インク等の組成物の導電性付与剤、特に電子精密機器等の帯電防止用塗膜や導電紙の導電性付与剤として用いることができる。