(57)【要約】【課題】粉末カーボンブラックから、粉化率が高く、顔料の溶媒に対する分散性が良好な粒状カーボンブラックを製造するカーボンブラックの造粒方法を提供する。【解決手段】造粒機円筒缶１のカーボンブラックの供給口４から、粒状カーボンブラックの排出口５側に向かって、円筒缶１の全長の約１／３の位置に、造粒水のスプレー管７を配設する。スプレー管７は、粉末カーボンブラックの移送方向と逆方向に向けて向流噴霧を行い、その噴霧角度を約４５度、噴霧圧力を０．５ＭＰａ、噴霧液滴径を５０〜１０００μｍにする。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
造粒機内で粉末カーボンブラックと造粒水とを混合撹拌しつつ造粒機の軸方向に移送し、造粒機末端の排出口から粒状カーボンブラックを取り出すカーボンブラックの造粒方法において、
造粒機内でカーボンブラックが移送される方向と逆方向に向けて造粒水を噴霧し、該噴霧の際の液滴径を５０〜１０００μｍとしたことを特徴とするカーボンブラックの造粒方法。
【請求項２】
造粒水の供給位置が、粉末カーボンブラックを供給する粉末供給位置から、造粒機の軸方向長さの１／１０〜１／３だけ排出口側に在り、且つ造粒水の噴霧角度が３０〜１００度である、請求項１に記載のカーボンブラックの造粒方法。
【請求項３】
造粒水の噴霧水圧が０．３〜１ＭＰａである、請求項１又は２に記載のカーボンブラックの造粒方法。
【請求項４】
請求項１〜３の何れかに記載の造粒方法によって製造される粒状カーボンブラックであって、
１００メッシュ以上の粒状カーボンブラック５０グラムと、直径が２〜３ｍｍのガラスビーズ５０グラムとを１００メッシュの金網上に配置し、該金網を０．７５ｍｍの振幅幅で継続的に振動させると、２０分経過後までに金網を通過する粒状カーボンブラックが実質的に１００％であることを特徴とする粒状カーボンブラック。
【発明の詳細な説明】
【発明の属する技術分野】
本発明は、カーボンブラック及びその造粒方法に関し、更に詳しくは、粉化率が高いため、インクや、樹脂、塗料、原糸着色用として好適な粒状カーボンブラック、及び、そのような粒状カーボンブラックを低コストで製造できるカーボンブラックの造粒方法に関する。
【０００１】
【従来の技術】
カーボンブラックは、インクや、樹脂、塗料、原糸着色用の黒色顔料として広く用いられている。カーボンブラックの性状としては、例えばその顔料としての取扱性の観点から、粉末よりも粒状が好まれており、従来から、粒状カーボンブラックに対する需要が大きい。このため、粉末カーボンブラックから粒状カーボンブラックを製造する造粒プロセスが用いられている。
【０００２】
カーボンブラックの造粒プロセスは、大別すると、乾式法と湿式法とに分類される。湿式法は、粉末カーボンブラックと、水または造粒助剤を添加した水溶液（以下、造粒水と呼ぶ）とを、一定の割合で且つ連続的に造粒機に供給して、カーボンブラックを造粒する方法であり、現状における造粒プロセスの主要な工業的手段とされている。
【０００３】
湿式造粒機には種々の形式がある。例えばピン型造粒機は、円筒缶状の造粒機本体と、円筒缶内を貫通するシャフト上に多数のピンが螺旋状に植設された撹拌翼とを有する。撹拌翼を高速回転させながら、造粒機内に粉末カーボンブラックと造粒水とを連続的に供給し、粉末カーボンブラックの塑性限界よりも若干低い含水率に相当するスラリー状態とした混合物を攪拌転動させることによって、粉末を球状（粒状）にペレット化する。このピン型造粒機では、粉末カーボンブラックと造粒水の供給比率を一定に維持することが、良質のペレットを形成させる上で重要な条件とされている。
【０００４】
しかしながら、製造された造粒ペレットの粒径や含水率等を含む性状は、供給された粉末の品質変動、攪拌翼の摩耗の程度、および、円筒缶内壁への粉末の付着状態など、造粒機内で生ずる微妙な状況変化によって、大きな影響を受けて変化する。従って、粉末カーボンブラックと造粒水とを適切な割合で安定的に供給していても、造粒ペレットの性状を安定に維持することは極めて困難である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、粒状カーボンブラックの品質を評価する指標の１つとして、粒状カーボンブラックの壊れ易さを表す粉化率が用いられる。粉化率が高い粒状カーボンブラックは、分散性が良好であり、インクや、樹脂、塗料、原糸着色用の黒色顔料として使用する際に、その溶媒に溶けやすいことから、好ましい。
【０００６】
粉末カーボンブラックと造粒水の供給比率を、所定範囲内で細かく制御することによって、粉化率が高く、顔料として良好な粒状カーボンブラックを製造する方法が試みられてきた。しかしながら、このような試みは、ペレットの粗大化や未造粒等を伴うため、適当な粒径分布を有する粒状カーボンブラックについて、所望の粉化率を実現することは出来なかった。
【０００７】
本発明は、粒状カーボンブラックの粉化率が高いために、インクや、樹脂、塗料、原糸着色用の黒色顔料として好適に使用できる粒状カーボンブラックを、操業の不安定や、粗大化、未造粒等の事態を招くことなく低価格で製造できる、カーボンブラックの造粒方法を提供することを目的とする。
【０００８】
本発明は、更に、上記造粒方法で得られる、粉化率が高い粒状カーボンブラックを提供することをもその目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、粉末カーボンブラックと造粒水の供給比率を所定範囲内で制御しても、所望の粒度分布を有し且つ粉化率が高い粒状カーボンブラックが得られないことに鑑み、供給比率を制御するのではなく、造粒水の供給位置や、供給方法を制御することで、このような粒状カーボンブラックが得られるのではないかと考え、種々の実験を経て本発明を完成するに至った。
【００１０】
従って、本発明のカーボンブラックの造粒方法は、上記目的を達成するために、造粒機内で粉末カーボンブラックと造粒水とを混合撹拌しつつ造粒機の軸方向に移送し、造粒機末端の排出口から粒状カーボンブラックを取り出すカーボンブラックの造粒方法において、
造粒機内でカーボンブラックが移送される方向と逆方向に向けて造粒水を噴霧し、該噴霧の際の液滴径を５０〜１０００μｍとしたことを特徴とする。
【００１１】
本発明のカーボンブラックの造粒方法によると、造粒機内を軸方向に移送される粉末カーボンブラックに対して、その移送方向と逆方向に向けて造粒水を噴霧することにより、造粒水と混合・撹拌前の粉末カーボンブラックに対して均一性高く造粒水を噴霧できる。また、これに合わせて、液滴径を小さく絞ったことにより、噴霧される液滴の自重が小さくなり、それに伴って液滴の運動量が低下するので、粉末カーボンブラックに対する噴霧液滴の添着力について、適当な添着力が得られることから、所望の粒径分布及び粉化率を有する粒状カーボンブラックが得られる。
【００１２】
本発明のカーボンブラックの造粒方法では、造粒水の供給位置が、粉末カーボンブラックを供給する粉末供給位置から、造粒機の軸方向長さの１／１０〜１／３だけ排出口側に在り、且つ、造粒水の噴霧角度が３０〜１００度であることが好ましい。カーボンブラックの供給位置から比較的に近い位置で、造粒水を比較的広い範囲の角度に亘って噴霧することにより、カーボンブラックが適当に巻き上げられている箇所で、カーボンブラックに均一に造粒水が供給できるので、造粒水の供給比率を比較的小さく維持しながらも、粉末カーボンブラックと造粒水との間で迅速且つ均一な混合状態（スラリー）が得られる。
【００１３】
また、造粒水の噴霧水圧が０．３〜１ＭＰａであることも本発明のカーボンブラックの造粒方法の好ましい態様である。噴霧水圧を適当に高く維持することにより、カーボンブラックの微粉による噴霧ノズルの閉塞が防止できる。
【００１４】
本発明の粒状カーボンブラックは、上記本発明方法によって製造される粒状カーボンブラックであって、１００メッシュ以上の粒状カーボンブラック５０グラムと、直径が２〜３ｍｍのガラスビーズ５０グラムとを１００メッシュの金網上に配置し、該金網を０．７５ｍｍの振幅幅で継続的に振動させると、２０分経過後までに金網を通過する粒状カーボンブラックが実質的に１００％であることを特徴とする。
【００１５】
本発明の粒状カーボンブラックは、上記測定方法で得られる粉化率が１００％と極めて高い粉化率を有するため、粒状カーボンブラックから容易にその形状が壊れるので、溶媒に対する分散性が高く、黒色顔料として用いるカーボンブラックとして特に適している。
【００１６】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の一実施形態例に係るカーボンブラックの造粒方法を採用する造粒機の構成を示す模式的断面である。造粒機は、粉末カーボンブラックを供給する原料供給口４、造粒水スプレー管７を挿入する挿入口６、および、得られた造粒ペレットが排出されるペレット排出口５を備えた円筒缶１と、この円筒缶１の内部に装備された撹拌翼９とから構成される。撹拌翼９は、円筒缶１内を貫通する撹拌シャフト２と、撹拌シャフト２上に略螺旋状に植設された、円筒缶１の半径に近い長さの攪拌ピン３とを有している。
【００１７】
図２は、造粒水スプレー管７の詳細を示している。造粒水スプレー管７は、粉末カーボンブラックを供給する原料供給口側に向かって造粒水を噴霧するノズル８を有し、このノズル８から噴霧される液滴の径は５０〜１０００μｍである。スプレー管７は、原料カーボンの供給口から、造粒機の全長（約６メートル）の約１／３だけ、カーボンブラックの排出口側に位置している。ノズル８の噴霧角度は、約４５度に設定している。
【００１８】
造粒水スプレー管７が、粉末カーボンの供給口側に向かって、特定範囲の液滴径を持つ造粒水を、粉末カーボンに向けて均一に噴霧することで、良好な粒径分布を維持しつつ、且つ、溶媒中での分散性が良好な、つまり粉化率が高い粒状カーボンブラックが得られる。
【００１９】
上記のように、ピン型湿式造粒機に添加する造粒水について、噴霧液滴径を５０〜１０００μｍとして、噴霧液滴の径を小さく、且つ、その分布を狭くしたものを使用する。この造粒水液滴を、粉末カーボンの供給口から排出口側に向かって造粒機全長の１／１０〜１／３の位置で、粉末カーボンブラックに対して均一に噴霧・添着する。これによって、粒状カーボンブラックの圧密化を軽減し、粒状カーボンブラック内に含まれる空隙量を多くすることができる。空隙量が多いことによって、粒状カーボンブラック中のアグロメート相互の接触点が少なくなるため、ほぐれ易い粒状構造が得られ、分散性が良好な粒状カーボンブラックが得られる。
【００２０】
造粒水の噴霧液滴径を５０〜１０００μｍにするためには、スプレーノズルとして、例えばスプレーイングシステムジャパン（株）製Ｂ１／８ＨＨ−ＳＳ３．５、或いは、Ｂ１／８ＨＨ−ＳＳ５、Ｂ１／４ＨＨ−ＳＳ６．５、Ｂ１／４ＨＨ−ＳＳ１０等を使用する。
【００２１】
本発明方法の原料として用いる粉末カーボンブラックは、通常の原料油を熟分解方法で分解して製造することができる。例えば、１０００〜２０００℃の高温雰囲気にしたファーネス式製造炉に原料油を装入し、熟分解反応によってカーボンブラックとし、これを水で冷却した後に、捕集バッグフィルターを使用してガスと分離し、捕集する。
【００２２】
捕集された粉末カーボンブラックは、空気移送法を利用して輸送し、バッグフィルターによって捕集し、密度を高めた後に造粒機に導入される。造粒機に供給された粉末カーボンブラックは、造粒機内をその軸方向に移動する際に、５０〜１０００μｍの噴霧粒径に調整された造粒水で噴霧される。ここで、造粒水は、造粒機内を移動するカーボンブラックに対し、向流に添加する。
【００２３】
噴霧液径が５０μｍ以下の造粒水では、噴霧液滴の自重の低下に伴ってその運動量が低下し、噴霧液の粉末カーボンブラックへの添着力が低下することとなり、結果的に所望の粒径分布を持った粒状カーボンブラックに成長しなかった。
【００２４】
逆に、造粒水の噴霧液滴径が１０００μｍ以上になると、造粒効率が低下し、製造コストが増加した。また、噴霧液の粉末カーボンブラックに対する接触面積が増加し、粉末カーボンブラックに対してバインダーとしての作用が不足する事態も生じた。更には、粒状カーボンブラック内の空隙量が低下する結果として、粒状カーボンブラックの分散性が著しく低下した。
【００２５】
【実施例】
図１の造粒機を使用して、粉末カーボンブラックから粒状カーボンブラックを製造した。円筒缶１の粉末カーボン供給口４から、カーボンブラックの排出口５側に向かって、円筒缶１の全長の１／３の長さ位置に、造粒水のスプレー管７を配置した。スプレー管７には、スプレーイングシステムジャパン（株）製のノズルである、Ｂ１／８ＨＨ−ＳＳ５を３個配設した。これらスプレーノズルを使用して、噴霧液滴径を平均２３０μｍに調整し、粉末カーボンブラックの流れに対して向流で造粒水を噴霧し、粉末カーボンブラックに添着させた。湿式造粒機から排出された粒状カーボンブラックは、乾燥機に移され、１００℃以上の温度で乾燥された後に、タンクに貯蔵された。
【００２６】
製造された本実施例の粒状カーボンブラックは、従来の方法で、つまり、造粒水の噴霧液滴径が１０００μｍ以上の液滴で、円筒缶１の粉末カーボン供給口４からカーボンブラックの排出口５側に向かって、円筒缶１の全長の１／３以上離れた位置に配置したスプレーノズルから円筒缶の軸の前後方向にスプレーした従来のカーボンブラックの造粒方法と比較して、粒度分布を略同等に維持した状態で、且つ、水分を約１９％少なくして粒状カーボンブラックを製造できた。また、分散性の指標となる粉化率については、約３倍程度高くなり、粒状カーボンブラックの分散性を大きく向上できた。
【００２７】
比較例
比較例の造粒方法として、造粒水の供給位置を、粉末カーボンブラックの供給位置から、カーボンブラックの排出口側に向かって、円筒缶の全長の２／３とした方法を採用した。造粒水は、３ｍｍ径の単孔ノズル３個を使用して供給し、棒状の噴出形態で、粉末カーボンブラックの流れに対して向流に噴出させ、粉末カーボンブラックに添着させた。
【００２８】
上記実施例及び比較例の方法で得られた粒状カーボンブラックを、その水分率、粒径分布、及び、粉化率によって、相互に比較した。
【００２９】
水分率測定
湿式造粒機出口のサンプリング口から、造粒水添加後、乾燥前の粒状カーボンブラックをサンプリングし、この試料を、１０５℃の温度で重量が一定になる迄乾燥し、以下の式により水分率を測定した。
水分率（％）＝［（乾燥前試料重量−乾燥後試料重量）／乾燥前試料重量］
×１００
【００３０】
粒度分布測定
ふるい振とう機を利用し、粒状カーボンブラック１００ｇを、７．５メッシュ（ｍｅｓｈ）、８．６メッシュ、１６メッシュ、３６メッシュ、６０メッシュ、１００メッシュのふるい金網と受け皿とでふるう。各金網及び受け皿に残った粒状カーボンブラックの重量を測定し、各ふるい金網に残った粒状カーボンブラックの重量（ｗ１）と、先に仕込んだ粒状カーボンブラックの重量（ｗ２＝１００ｇ）とから、以下の式によって粒度毎の重量比率（ｗｔ％）を求めた。
粒度毎の重量比率＝（ｗ１／ｗ２）×１００（％）
【００３１】
粉化率測定
粉化率は、粒状カーボンブラックの壊れやすさを表す指標である。粉化率が大きい程、壊れやすく、粒状カーボンブラックをインキ、樹脂、塗料、原糸着色用の顔料として使用した場合に、溶媒中での分散性がよい。試料となる粒状カーボンブラックを、１００メッシュの金網に入れて振動し、先ず、１００メッシュ（１５０μｍ）以上の粒状カーボンブラックを選択する。次いで、選択した粒状カーボンブラック５０ｇと、ガラスビーズ（２ｍｍ〜３ｍｍ）５０ｇとを１００メッシュの金網上に乗せ、金網を振幅幅０．７５ｍｍにて振動させることで、ガラスビーズにて粒状カーボンブラックを叩く。一定時間経過後に、１００メッシュ以下に壊れてメッシュを通過した粒状カーボンブラックを定量し、初期に仕込んだ５０ｇの粒状カーボンブラックに対する重量比率（％）で粉化率を表す。実施例及び比較例の粒状カーボンブラックについて、その水分率、粒度分布、及び、粉化率の各測定結果を表１に示す。なお、ふるい振とう機は、Ｒｅｔｓｃｈ社製、ＡＳ２００  ｃｏｎｔｒｏｌ“ｇ”を使用した。
【００３２】
【表１】
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【００３３】
表１から理解できるように、本実施例の粒状カーボンブラックは、造粒水のスプレー液の噴霧形態や、液滴径を制御することで、水分率が比較例との相対値で８１％に低下しているが、粒度分布には、有意な差は見られない。また、粉化率は、１５分経過後で１００％となっており、比較例の１５分経過後の値３５％、３５分経過後の１００％に比して格段に向上している。つまり、上記実施形態例の造粒方法を適用することにより、本測定方法で測定した粉化率は、１５分経過後で１００％が得られる。なお、２０分経過後で１００％としても、比較例における数値（５０％）と比較すると、粉化率は格段に向上している。
【００３４】
上記造粒水の添加にあたっては、噴霧水圧は０．３〜１ＭＰａが好ましく、更に好ましい値は０．５ＭＰａ程度である。圧力が低いと、カーボンブラックの微粉がノズルの周囲に堆積し、スケールとなってスプレーノズルを塞ぐので、頻繁な掃除が必要となる。また、スプレーからの噴霧角は、３０〜１００度の範囲がよく、特に４５度程度が好ましい。噴霧角をこの範囲にすることで、霧状の造粒水を広範囲に噴霧する。これによって、均質な造粒カーボンブラックが得られる。更に、ノズルの位置は、カーボンブラックの供給位置の中心から造粒機の排出口に向かって、６０ｃｍ〜２００ｃｍ程度の位置が好ましい。供給された粉末カーボンブラックがピンによって適当に巻き上げられている位置に霧状の造粒水を供給することによって、迅速且つ均一にカーボンブラックと造粒水とを混合できる。
【００３５】
造粒機の回転翼のピンは、回転軸周りに螺旋状に配置することが好ましい。ピンを放射状又はランダムに配置し、円筒缶を傾斜させる方法も知られているが、ピンを螺旋状に配置することにより、回転翼の回転数を調整して、カーボンブラックの移送速度を微調整することが出来る。
【００３６】
以上、本発明をその好適な実施形態例に基づいて説明したが、本発明のカーボンブラックの造粒方法は、上記実施形態例の構成にのみ限定されるものではなく、上記実施形態例の構成から種々の修正及び変更を施したものも、本発明の範囲に含まれる。
【００３７】
【発明の効果】
以上、説明したように、本発明のカーボンブラックの造粒方法によると、溶媒に対する分散性が高い粒状カーボンブラックが製造でき、特に顔料として好適な粒状カーボンブラックが得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態例に係るカーボンブラックの造粒方法を用いる造粒機の構成を示す模式的断面図。
【図２】スプレー管の構造を示す側面図。
【符号の説明】
１：円筒缶
２：撹拌シャフト
３：ピン
４：粉末カーボンの供給口
５：粒状カーボンの排出口
６：造粒水スプレー管の挿入口
７：スプレー管
８：ノズル
９：撹拌翼
【図１】
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【図２】
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