JPS60156763A - カーボンブラツク製造方法 - 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】 ックの製造に関するものである。これらはゴム及びプラ
スチック中での増容剤、顔料、及び強化剤としての用途
を包含する。一般に、カーポンプラックを製造するだめ
のファーネス法では、カーホンブラックを製造するため
に、１２５６°Ｋ（１８００”Ｆ）よりも高い温度の、
囲っである転化帯域での、天然がス又は循環原料のよう
な炭化水素仕込み原料の熱分解及び（又は）不完全燃焼
を包含する。次に、転化帯域から出てくるガス中に同伴
されるカーポンプラックを、工業で通常使用する適切な
任意の装置で冷却して収集する。しかしながら、デム調
製品に改良された履歴特性を生じさせることのできる同
様な特性のファーネスブラックを製造することは、困難
ではあるけれども、望まれている。

従って、本発明の主目的は改良された履歴性能を示す性
質があることを特徴とするカーがンブラック全製造する
新規の改良された方法を提供することである。

本発明の別の目的は、着色力が低く、かつ破砕したＤＢ
Ｐ　（ＯＤＢＰ）に対する値の高いカーボンプラック全
製造する改良された方法を提供することである。

本発明の別の目的はカーポンプラックの着色力及びＯＤ
ＢＰＯ値を制御する方法を提供することである。

本発明の他のしかも異なる目的、利点及び特徴は下記の
詳細な説明及び上記特許請求の範囲を考慮すれば、当業
界の熟達者には明白になるであろう。

本発明によって、米国再発行特許第２　８，９　７　４
号明細書で開示及び特許請求のなされたタイプのカーが
ンブラックを製造するモジュラ−、すなわち段階化方法
全修正することによって、上記及び更に他の目的が達成
されることを見い出した。段階化方法は、高温のガス状
燃焼生成物が生成される、最初に準備された主要（第一
段階）燃焼帯域、一様な流れ（凝集性ジェット）の形態
で液体炭化水素仕込み原料全燃焼ガス気流の外部又は内
部の周辺から、前もって作っである高温のガス気流中に
実質的に直角に注入する第二、すなわち転移帯域、及び
急冷で反応全終結させる前に、カーボンプラック生成が
起こる第三帯域（反応帯域）から成る。

仕込み原料を燃焼がス気流の外部周辺から注入する前記
のタイプの方法では、燃焼ガスが使用し尽くされないで
装置を流通する可能性がある。これは、例えば、炭化水
素仕込み原料が燃焼ガスの流通する領域に完全に充満し
ないために、使用されない熱全燃焼ガスの形態で漏出さ
せる場合に起こる。これの起こる傾向は反応器の寸法が
増大するにつれて強くなる。この不経済な燃焼がス損失
を防止するために、米国特許第３，９　２　２．３　３
　５号明細書では、転移帯域の外部周辺から注入される
仕込み原料が到着しそうもない燃焼がス気流の内部領域
内に、追加の仕込み原料を注入することを開示している
。この特許では、追加の液体炭化水素仕込み原料全実質
的に横断するように、しかも燃焼がス気流の中央、すな
わち中心部から反応器の壁に向かって外向き方向に、燃
焼ガス気流の中心部に注入するのに通す探査子のような
適切な装置の使用を記載している。こうすることによっ
て、燃焼がスが油滴金せん断し、微粉末にし、かつ分散
させようと子る目的に完全に使用されることが明らかに
なる。燃焼ガス気流の内側領域への注入は、仕込み原料
を転移帯域の外部周辺から燃焼ガス気流の内側に向って
注入する平面と同一の平面で起こる。米国特許第３，９
２２，３３５号明細書に記載の方法では、非常に高度の
生産量及び高度の収率全示し、かつ高品質のカーボンブ
ラック全製造する能力があること金示している。

しかしながら、上記の両方の方法と同様な方法でカーが
ンブラックを製造するが、異なった性質のカーボンブラ
ックを製造することが望ましい場合がある。詳細には、
反発力が増大し、かつ履歴特性が一段と優れていること
の標識である、着色力が減少し、しかも０ＤＢＰが増大
しているカーボンブラック全製造するのが好ましいこと
がある。

履歴特性の改良されたカーボンブラック全製造すること
の出来る本発明のモジュラ−１すなわち段階化方法の改
良方法では、燃焼ガス気流が最高速度に到達していない
位置で、実質的に半径方向に一様な流れとして燃焼ガス
気流中に、液体炭化水素仕込み原料の一部の注入を行う
ことを包含する。

仕込み原料は燃焼ガス気流の外部又は内部の周辺から、
低速度の燃焼ガス気流中に実質的に半径方向に注入する
ことができる。しかしながら、仕込み原料の一様な流れ
會低速度の燃焼がス気流中に、それの内部周辺から半径
方向に外向きに、燃焼ガス気流中に注入するのが好まし
い。本発明の段階化方法では、燃焼がス気流は転移帯域
のほぼ中間点で最高速度に到達する。このように、例え
ば、探査子を通して注入を行っている場合には、内向き
、外向きを問わず半径方向に注入される仕込み原料が速
度の遅い燃焼ガス気流に入るように、第一、すなわち主
要燃焼帯域中に探査子を引き込むことによって改良全行
うことができる。仕込み原料全半径方向に、低速度の燃
焼ガス気流中に注入する実際の個所、すなわち平面は、
所望のカーボンブラックの特定の品位又はタイプに基づ
いて、かなり変化させることができる。液体仕込み原料
の一様な流れ全低速度の燃焼ガス気流中に、半径方向に
内向き又は外向きに注入するのは、０ＤＢＰ値の増大と
関連があるものと思われる、粗大粒度の油滴を生成する
ことになるものと考えられる。

本発明のカーボンブラックを製造するときに使用する高
温の燃焼がスの製造では、適切な燃焼室内で、液体又は
気体の燃料及び空気、酸素、空気と酸素との混合物など
のような適切な酸化体気流全反応させる。燃焼室内で酸
化体気流との反応で、高温の燃焼がスを発生させるとき
に使用するに適切な燃料の中には、水素、−酸化炭素、
メタン、アセチレン、アルコール及びケロシンのような
、すぐ燃焼できるガス、蒸気、又は液体の流れのどれで
も全包含する。しかしながら、一般に炭素含有成分、詳
細には炭化水素含有量の多い燃料を使用するのが好まし
い。例えば、天然がス及び変成又は強化天然ガスのよう
なメタンの多い気流、並びに種々の炭化水素のがス及び
液体、並びにエタン、ゾロパン、ブタン及びペンタン分
画を包含する製油所副生成物、燃料油などのような多量
の炭化水素を含有する他の流れが優れた燃料である。

本明細書に関する限り、主要燃焼では、第一段階の炭化
水素を完全燃焼させて二酸化炭素と水と全生成するのに
理論上必要とする酸化体の量に対する、モジュラ−法の
第一段階で１史用する酸化体の普全示す。このようにし
て、速い線速度で流れる高温の燃焼がス気流を発生させ
る。その上更に、燃焼室と反応室との間の圧力差は、少
なくとも１．０ホンケ／平方インチ（６，９キロパスカ
ル）、好ましくは約１．５ｄｅンド／平方インチ（１０
，３キロパスカル）から約１０ポンｒ／平方インチ（６
９キロパスカル）までが好ましいことを晃い出した。

これらの条件ｆで、カーボンブラックを生成する液体炭
化水素質仕込み原料を微粉化して、十分によく所望のカ
ーボンブラック生成物を生成するのに十分な連動エネル
ギーのあるがス状燃焼生成物の気流全生成させる。主要
燃焼・Ｍ域から出てくる、生成した燃焼がス気流は温度
が少なくとも約２４００”Ｆ’（１３１６°Ｃ）になり
、最も好ましい温度は少なくとも約６０００　Ｆ’（１
６４９″Ｃ）工りも高い。高温の燃焼がスは、所望によ
っては、通常のベンチュリくびれのような装置で、先細
にするか又は制限することのできる、直径が一段と小さ
い囲われた転移段階の中に燃焼ガス全導入することによ
って加速される速い線速度で下流方向に推進させる。

本発明の方法では液体仕込み原料の一部全複数の一様な
流れの形態で、燃焼ガス気流の内部又は外部の周辺から
、実質的に半径方向に外向き又は内向きの方向に、燃焼
がス気流がまだ最高速度に到達していない工程中の個所
、すなわち転移帯域のほぼ中間点で燃焼ガス中に注入す
る。液体仕込み原料の残部は、複数の一様な流れの形態
で実質的に半径方向に、転移帯域のほぼ中間点で、燃焼
ガス気流の外部又は内部の周辺から燃焼ガス中に注入す
るが、外部周囲から注入するのが好ましい。

仕込み原料全注入するこの技法によって、・生成するカ
ーがンブラックの着色力及び０ＤＢＰの水準を、履歴の
改良に有利な方向に改変する。

工程の第二段階では、燃焼ガスは高速度で流れ、かつガ
スの速度頭は少なくとも約１．０ポンド／平方インチ（
６，９パスカル）である。転移帯域、す１ なわち第二帯域で、一様な流れの形態で燃焼ガス中に注
入する、カーボンブラックを生成する液体炭化水素仕込
み原料の部分は、適切な貫入を行って、高温の燃焼ガス
及び液体炭化水素仕込み原料を高速度で確実に混合及び
せん断するのに十分な圧力の下で注入しなければならな
い。液体仕込み原料は、燃焼がス気流の内側領域、すな
わち中心部の中に十分貫入する複数の一様な流れ（凝集
性ジェット）の形態で、高温の燃焼ガス気流の外部又は
内部の周辺から実質的に直角に注入する。

反応条件下で容易に揮発することのできる炭化水素仕込
み原料として、本明細書で使用するのに適切なのはアセ
チレンのような不飽和炭化水素、エチレン、プロピレン
及びブチレンのようなオレフィン、ベンゼン、トルエン
及びキシレンのような芳香族、ある種の飽和炭化水素、
及びケロシン、ナフタリン、テレピン、エチレンタール
、芳香族環式原料のような揮発性炭化水素などである。

モジュラ−法の第三段階は、急冷によって反応が終結す
る前に、カーがンブラック生成反応を起２ こさせるのに十分な滞留時間ができるようＫする反応帯
域である。各場合の滞留時間は、工程の特殊な条件及び
所望する特殊なカーボンブラックに左右される。

カーボンブラック生成反応が所望する時間の間進行した
後に、少なくとも一組の噴霧ノズル全使用し、水のよう
な、冷却液体を噴霧して反応會終結させる。次に、懸濁
しているカーボンブラック生成物を含有する高温の流出
ガス全下流に流して、ここでカーボンブラックを冷却し
、分離し、かつ採取する工程全通常の方法で行う。例え
ば、カーボンブラックのガス気流からの分離は沈殿装置
、サイクロン分離器、バッグフィルター、又はこれらの
組み合わせのような通常の方法で容易に行う。

本発明を実施する場合には、燃焼ガスが最高速度に到達
した個所で、主要燃焼帯域中に注入する仕込み原料の量
は、ＣＤＢＰ値の増大しているカーボンブラック全生成
する工程を結果する任意の量又は割合である。更に、カ
ーボンブラックはカーボンブラック全含有するイム組成
物の履歴特性を改良する。液体仕込み原料の約２０％か
ら約８０係までの量を一様な流れとして、主要燃焼帯域
に注入し、仕込み原料の残りの量を、燃焼ガス気流がほ
ぼ最高速度に到達した転移帯域中の個所で、一様な流れ
として注入するのが好ましい。特に好ましい実施態様で
は、仕込み原料の約４０％から約６０％までの葉を主要
燃焼具帯に注入し、仕込み原料の残りの量を、燃焼ガス
気流がほぼ最高速度に到達した転移帯域の個所で注入す
る。

本発明によって製造したカーボンブラックの分析的及び
物理的性質の数値をめるのに、下記の試験方法を使用す
る。

ヨウ素吸着数 これはＡＳＴＭ　Ｄ−１５１０−７０に従って測定する
。

着色力 カーポンプラック試料の着色力はＡＳＴＭ　Ｄ３２６５
−７６　ａに従って、工業色合い標隼黒色と比較して測
定する。

フタル酸ジプチル（ＤＢＰ）吸収数 カーぜンブラックのＤＢＰ吸収数はＡｓＴｕ　Ｄ　２４
１４−７６に従って測定する。記録した結果ではカーざ
ンブラックが綿毛状形態であるか、又は小粒状形態であ
るか否か會示す。

破砕ＤＢＰ吸収数（ＯＤＢＰ） カーボンプラック小粒に破砕タイプ処理音節してからＡ
ＳＴＭ　Ｄ　−３４９３−７９に従って構造を測定する
。

モジュラス及び引張り強さ これらの物理的性質はＡＳＴＭ　Ｄ　−４１２に記載の
方法に従って測定する。要するに、モジュラス測定値は
加硫イム試料を元の長さの３００チまで伸ばす場合に測
定するポンド／平方インチの引張る力に関係する。引張
り強さ測定値は引張り試験で加硫ゴム試料を引き裂く、
すなわち、こわすのに必要な引張る力のポンド／平方イ
ンチ単位の測定値である。

押し出し収縮 これはＡＳＴＭ　Ｄ　−２２３０−３７（方法Ｂ）に従
って測定する。

反発力 これはＡＳＴＭ　Ｄ　−１０５４に記載の方法に従って
測定する。

本発明は下記の実施例を参考にすれば、更に容易に理解
されるであろう。いったん本発明を十分に開示したから
には、当業界の熟達者には明白になる本発明の他の形態
が多数あるのはもちろんであり、従って、これらの実施
例は単に説明のために示すものであって、決して本発明
の範囲を制限しようとするものでないことが認められる
であろう。

実施例１ 本実施例では、燃焼がスを生成する反応体、すなわち、
別個の流れとして、あるいは、あらかじめ燃焼させたが
ス状反応生成物としてのどちらかで、燃料及び酸化体を
主要燃焼帯域に供給する装置、及び仕込み原料を、燃焼
ガス気流が最高速度に到達する個所よりも前で、燃焼ガ
ス気流中に、半径方向に内向き又は外向きに、注入する
位置を調節することができるように動かすことのできる
、５ カーボンブラックを生成する炭化水素質仕込み原料を供
給する装置をも設備しておる適切な反応装置を使用する
。装置は金属のような任意の適切な物質で組み立てるこ
とができ、かつ耐火物断熱体を設備しであるか、又は水
であるのが好ましい液体を再循環させるような冷却装置
で囲むかのどちらかである。その上、反応装置には温度
及び圧力の記録装置、噴霧ノズルのようなカーボンブラ
ック生成反応を急冷する装置、カーがンブラック生成物
を冷却する装置、及びカーがンブラックを他の好ましく
ない副生成酸物から分離し、かつ採取する装置全装備し
である。本実施例の実施に際して、１５０％の主要燃焼
をすることのできる主要、すなわち第一段階では、適切
などんなバーナーでも使用することができる。１５０％
の主要燃焼をしている第一段階の燃焼ガスは、速度４７
５標準キロ立方フィート／時（３，７３６ｍ’／秒）で
、あらかじめ温度１２００’ｌｌ？（９２２°Ｋ）まで
加熱しである空気、及び速度６２．６標準キロ立方フィ
ート／時（０，２５６ｍ３／秒）で天然ガスを、装置６ 置の燃焼帯域中に仕込んで作り、速い線速度で下速度を
増加するために、横断面の直径の小さい第二、すなわち
転移帯域に流入する。次に、適切な液体炭化水素質仕込
み原料を、生成した高温の燃焼ガス気流中に実質的に直
角に導入する。仕込み原料は、各の寸法が０．０５９イ
ンチ（１，５０韻）ある障害物のないオリフィス１２個
を通して、燃焼ガスの中心部に向けて、半径方向に内向
きに外部周辺からと、各の寸法が０．０５９インチ（１
，５０１）ある障害物のないオリフィス６個を通して、
燃焼ガス気流中に、半径方向に外向きに内部周辺からと
の両方から、一様な流れの形態で注入する。

従って、この操作では、仕込み原料の偽を燃焼ガス気流
の内部周辺から外向きに注入し、残りの２１５ヲ外部周
辺から内向きに注入する。全仕込み原料の注入は、同一
平面で、すなわち転移帯域のほぼ中間点で、合併速度９
６８Ｉ！／時（１，０２Ｊ／秒）で、しかも燃焼ガス気
流中に確実に適当な程度に貫入して、反応器内でコーク
ス生成が起こらないようにするのに十分な条件下で起こ
る。装置の転移帯域は直径が１２．４インチ（３１５ｙ
＋ｍ）で、長さが１１インチ（２７９、＋＋ｍ　）であ
る。反応器の横断面は直径が１８インチ（４５７７＋Ｉ
ｍ、　）で、反応を急冷する前の長さが９フイー）　（
２−７４７７１）である。

反応は、工程の全燃焼が２６．１％、すなわち当量比が
６．８３になり、かつ反応を終結させるために水で急冷
する位置は、仕込み原料全注入する位置の下流？フィー
トの個所になるように行う。このカーボンブラックの分
析及び性能の特性を第１表に示す。更に、燃焼ガス気流
が最高速度に到達した転移帯域の中間点で、仕込み原料
を完全に導入したので、本明細書では、このカーボンブ
ラックを実施例２の対照として１史用する。

実施例２ 同一の装置ヲ使用して、実施例１の方法に従って行う。

本実施例での実施例１の方法との主な相違点は液体炭化
水素仕込み原料の注入を、一様な９ 流れの形態で内部周辺から半径方向に外向に燃焼がス気
流中に行う、位置の変更全包含する。この操作では、内
部周辺からの液体仕込み原料の一部の注入は、燃焼がス
気流がまだ最高速度に到達していない位置、すなわち転
移帯域のほぼ中間点よりも前で起こる。更に詳細には、
２４７％の主要燃焼をしている主要、すなわち第一段（
Ｖ燃焼火炎を生成させるだめに、あらかじめ’１２［］
０″Ｆ（９２２°Ｋ）に加熱した燃焼空気を、主要燃焼
帯域中に速度４７５標準キロ立方フィート／時（３，７
３６ｍ”／秒）で導入し、かつ天然ガスを速度１９．８
標準キロ立方フィート／時（０，１５６ｍ３／秒）で導
入する。この操作では、液体炭化水素仕込み原料全燃焼
がス気流中に注入する全速度は９７８ｇ／時（１，０３
Ａ’／秒）である。ここで、実施例１のときのように、
液体仕込み原料を一様な流れ（＃集性ジェット）の形態
で、燃焼ガス気流の外部周辺から、及び内部周辺から注
入する。

更に正確には、仕込み原料の５０％ｔｈＮ転移帯域のほ
ぼ中間点で、各の寸法が０．１１０インチ０ （２，７４ｍｍ　）　６る障害物のないオリフィス６個
全通して、外部周辺から半径方向に内向きに、燃焼ガス
気流中に注入する。液体仕込み原料の残りの５０％は一
様な流れとして、燃焼ガス気流の内部周辺から、半径方
向に外向きに、各の寸法が０．１１３インチ（２，８７
ｍｍ）ある障害物のないオリフィス６個を通して、燃焼
ガス気流中に注入する。しかしながら、この操作では、
液体仕込み原料の内部周辺からの注入は、燃焼ガス気流
が最高速度に到達する平面から上流１８インチ（４５７
ｍｕ　）の位置で、すなわち転移帯域のほぼ中間点で行
う。生じた燃焼ガス気流は、燃焼ガス気流が最高速度に
到達する平面の９フイー）、（２，７４ｍ　）下流の位
置の個所、すなわち転移帯域のほぼ中間点でカーボンブ
ラック生成反応を水で急冷する反応帯域中に流入する。

操作の全燃焼百分率は２７．８チである。このカーボン
ブラックの分析及び物理的性質を第１表に示す。

第　１　表 下記の第２表では、本発明によるカーボンブラックのイ
ム組成物に対する低履歴性強化剤としての適合性を明示
している。カーボンブラックの数値をめるときには、ゴ
ム処方品を通常の方法で調製するのは容易である。例え
ば、了ムとカーがンブラックとを確実に十分に分散させ
るために、パンプリー（Ｂｕｎｂｕｒ７　）混合機及び
（又は）ロールミルのような、イム又はプラスチックの
混合に通常使用するタイプの普通の混合機で緊密に混ぜ
合わせる。ゴム処方品は、天然イム又は合成ゴム含有処
方に対する標準工業処方に従って配合する。

得られる加硫物は、特定の物理的性質の測定で規定して
いる時間の間硬化させる。本発明によるカ−ポンプラッ
クの性能の数値全求めるときには、ｔｆ−重量部で規定
する下記の処方全欧用する。本明細書で特に使用するイ
ム処方はＡＳＴＭ−Ｄ−３１９１−７９の合成ゴム処方
であり、特徴は下記の通りである 下記の第２表では、上記に記載したカーボンブラック生
成物をゴム処方品の添加剤として使用して得た、有利な
意外な結果を示す。実施例は、本発明の代表例ではある
が、決して制限又は限定するものと解釈するべきでない
。

３ ４ 示すことが分かる。ゴム処方品に混合すれは、ゴム加硫
物の履歴が改良されたことの表示になる反発特性が著し
く改良される。

本発明を一定の実施態様に関して説明したけれども、そ
のように限定するものではなく、かつ当業界の熟達にと
っては明白な変化及び変更を、本発明の理念又は範囲か
ら逸脱することなしに、行うことができることは当然で
ある。

代理人　浅　村　皓

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）第一帯域では、ガー４ぐンブラックを生じる液体
   炭化水素仕込み原料をカーボンブラックに転化するのに
   十分なエネルギーのある、高温の主要燃焼がス気流を供
   給するように、燃料と酸化体と全反応させ、かつ第三帯
   域では、燃焼ガス気流が最高速度に到達した位置で、燃
   焼がス気流の流れの方向に対して実質的に直角方向に、
   しかも仕込み原料を適切にせん断し、かつ混合するのに
   必要な程度の貫入をするのに十分な圧力の下で、液体炭
   化水素仕込み原料全複数の一様な流れ（凝集性ジェット
   ）の形態でがス状燃焼生成物の流れの中に周辺から注入
   し、かつ第三帯域では、カーボン生成反応を急冷して終
   結させる前に、仕込み原料全分解してカーボンブラック
   に転化させ、そして次に、生成したカーボンブラック全
   冷却し、分離して採取する、ファーネスカーボンブラッ
   ク全製造するモジュラ一方法において、液体炭化水素仕
   込み原料全量の十分な部分を、複数の一様な流れの形態
   で、燃焼がス気流中に、それの周辺から実質的に半径方
   向に、燃焼ガス気流が最高速度に到達する個所よりも前
   で導入して、ＧＤＢＰ値の増大したカーボンブラック全
   製造することを特徴とする上記方法。
2. （２）液体仕込み原料全量の約２０チから約８０俤まで
   の量を、燃焼がス気流が最高速度に到達する個所よりも
   前で燃焼ガス気流中に注入し、残部を燃焼ガス気流がほ
   ぼ最高速度に到達した個所で添加する、上記第（１）項
   に記載の方法。
3. （３）液体仕込み原料全量の約４０ｑ６から約６０％ま
   での量を、燃焼ガス気流が最高速度に到達する個所より
   も前で燃焼ガス気流中に注入し、残部を燃焼ガス気流が
   ほぼ最高速度に到達した個所で添加する、上記第（１）
   項に記載の方法。
4. （４）燃焼ガス気流が最高速度に到達した個所よりも前
   で、燃焼がス気流中に注入する液体炭化水素仕込み原料
   を、燃焼ガス気流の内部周辺から外向きに実質的に直角
   方向に注入する上記第（１）項に記載の方法。
5. （５）燃焼ガス気流がほぼ最高速度に到達する個所で燃
   焼がス気流中に注入する液体炭化水素仕込み原料を、燃
   焼ガス気流の外部周辺から内向きに実質的に直角方向に
   注入する上記第（１）項に記載の方向。
6. （６）燃焼ガス気流が最高速度に到達した個所よりも前
   で、燃焼ガス気流中に注入する液体炭化水素仕込み原料
   を、燃焼がス気流の内部周辺から外向きに実質的に直角
   方向に注入し、かつ燃焼がス気流がほぼ最高速度に到達
   する個所で燃焼ガス気流中に注入する液体炭化水素仕込
   み原料を、燃焼ガス気流の外部周辺から内向きに実質的
   に直角方向に注入する上記第（１）項に記載の方法。