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WO2007000817A1 - カーボンブラックを含有した組成物、着色用組成物及び導電性組成物 - Google Patents

カーボンブラックを含有した組成物、着色用組成物及び導電性組成物 Download PDF

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WO2007000817A1
WO2007000817A1 PCT/JP2005/011943 JP2005011943W WO2007000817A1 WO 2007000817 A1 WO2007000817 A1 WO 2007000817A1 JP 2005011943 W JP2005011943 W JP 2005011943W WO 2007000817 A1 WO2007000817 A1 WO 2007000817A1
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WO
WIPO (PCT)
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carbon black
organic compound
composition
particles
resin
Prior art date
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Application number
PCT/JP2005/011943
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English (en)
French (fr)
Inventor
Shingo Asai
Masafumi Uchida
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Konica Minolta Business Technologies Inc
Original Assignee
Konica Minolta Business Technologies Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Konica Minolta Business Technologies Inc filed Critical Konica Minolta Business Technologies Inc
Priority to US11/922,916 priority Critical patent/US20090085013A1/en
Priority to PCT/JP2005/011943 priority patent/WO2007000817A1/ja
Priority to JP2007523265A priority patent/JP5104304B2/ja
Priority to EP05765423A priority patent/EP1897916A4/en
Publication of WO2007000817A1 publication Critical patent/WO2007000817A1/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09C—TREATMENT OF INORGANIC MATERIALS, OTHER THAN FIBROUS FILLERS, TO ENHANCE THEIR PIGMENTING OR FILLING PROPERTIES ; PREPARATION OF CARBON BLACK  ; PREPARATION OF INORGANIC MATERIALS WHICH ARE NO SINGLE CHEMICAL COMPOUNDS AND WHICH ARE MAINLY USED AS PIGMENTS OR FILLERS
    • C09C1/00—Treatment of specific inorganic materials other than fibrous fillers; Preparation of carbon black
    • C09C1/44—Carbon
    • C09C1/48—Carbon black
    • C09C1/56—Treatment of carbon black ; Purification
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y30/00—Nanotechnology for materials or surface science, e.g. nanocomposites
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2004/00—Particle morphology
    • C01P2004/01—Particle morphology depicted by an image
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    • C01P2004/00—Particle morphology
    • C01P2004/60—Particles characterised by their size
    • C01P2004/62—Submicrometer sized, i.e. from 0.1-1 micrometer
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2004/00—Particle morphology
    • C01P2004/60—Particles characterised by their size
    • C01P2004/64—Nanometer sized, i.e. from 1-100 nanometer

Definitions

  • composition containing carbon black, composition for coloring and conductive composition containing carbon black, composition for coloring and conductive composition
  • the present invention relates to a composition, a coloring composition and a conductive composition containing carbon black having a ferret diameter of 5 to 300 nm.
  • the present invention relates to a composition having stable primary carbon black particles, a coloring composition, and a conductive composition.
  • carbon black Since carbon black is excellent in colorability, conductivity, weather resistance, chemical resistance, etc., it is widely used for various purposes such as plastics and elastomers, such as reinforcing agents and fillers.
  • a plurality of elementary particles exist as secondary particles, or aggregates (also called structures), which are chemically and physically bound (Fig. 4). This agglomerate has a complex agglomerated structure branched into irregular chains. Further, since the aggregates also form secondary aggregates due to Van der Waals force, simple aggregation, adhesion, and entanglement, it was difficult to obtain a sufficient micro-dispersed structure.
  • carbon black Since the shape of carbon black is powdery or granular, it is rarely used alone. Normally, carbon black is uniformly applied to a solid substrate such as rubber resin or a liquid such as water or a solvent. Dispersed and exhibits its characteristics. However, since carbon black has a weak affinity with other substances such as organic polymers, water, and organic solvents compared to the cohesive force between particles, it can be mixed uniformly or under normal mixing or dispersion conditions. It was extremely difficult to disperse. To solve this problem, the surface of the carbon plate Many studies have been made to improve the dispersibility of carbon black by coating with a solid substrate and increasing the affinity with a solid substrate or liquid.
  • carbon black grafted with an organic compound obtained by polymerizing a polymerizable monomer in the presence of carbon black (aggregate) can be obtained by appropriately selecting the type of the polymerizable monomer. Attention has been paid to the ability to change hydrophilicity and Z or lipophilicity as appropriate (eg, US Pat. No. 6,417,283). However, even if the carbon black obtained by the conventional method was used, the uniform coloring property and the conductive performance required by the present inventors could not be obtained.
  • an object of the present invention is to provide a composition containing a novel carbon black having a number average particle diameter of the fuel diameter within a predetermined range, and coloring.
  • An object of the present invention is to provide a composition for use or a conductive composition.
  • Another object of the present invention is to provide a composition, a coloring composition or a conductive composition containing carbon black which is stably present in the state of primary particles.
  • a composition comprising carbon black having a number average particle diameter of 5 to 300 nm and a primary particle content of 5% or more based on the number.
  • composition according to (1) wherein the surface of the carbon black is surface-treated with an organic compound.
  • composition according to (2) wherein the organic compound contains at least a phenol compound and / or an amine compound.
  • a coloring composition comprising carbon black having a number average particle diameter of 5 to 300 nm and a primary particle content of 5% or more based on the number.
  • a conductive composition comprising carbon black having a number average particle size of 5 to 300 nm and a primary particle content of 5% or more based on the number.
  • the agglomeration force was also epoch-making because the primary particles could be stably adjusted.
  • the presence of at least 5% primary particles in the material reduced the unevenness in coloring and conductivity.
  • the reason for this is not clear, but the presence of at least 5% primary particles enables uniform dispersion in the composition, which is presumed to have reduced coloring unevenness and conductive unevenness. That is, it is presumed that the presence of fine primary particles to some extent enables primary particles to be present between the aggregated particles when dispersed into the resin, thereby improving the uniformity of the dispersion.
  • primary particles refer to the basic particles. However, it does not refer to the basic particles in the state of constituting the aggregate, but refers to particles that are separated and separated stably from the aggregate force.
  • secondary particles refer to aggregates formed by aggregation of basic particles.
  • secondary aggregates in which aggregates are aggregated are also collectively referred to as secondary particles in the present application.
  • FIG. 2 is a diagram for explaining the relationship between secondary particles and basic particles.
  • the state in which the basic particles are aggregated is defined as secondary particles.
  • Fig. 3 shows the state in which the basic particles constituting the secondary particles are separated from the secondary particles and exist stably, and the particles existing as a single basic particle are defined as primary particles.
  • the carbon black of the present invention has a ferret diameter number average particle diameter in the range of 5 to 300 nm.
  • the measurement target of the number average particle diameter of the ferret diameter is carbon black primary particles and secondary particles that exist stably.
  • the aggregate is an object to be measured, and the basic particles in the aggregate are not measured.
  • the carbon black existing as aggregates is appropriately selected so that the basic particle diameter of the carbon black falls within the above range, or the aggregate is divided into primary particles. This can be achieved by changing the time conditions.
  • the number average particle diameter of the ferret diameter can be observed with an electron microscope.
  • the strength of moldings such as rosin is taken with a transmission electron microscope (TEM) at a magnification of 100,000 times, and 100 particles are appropriately selected and calculated. Also good.
  • TEM transmission electron microscope
  • the ferret diameter used in the present invention represents the maximum length of each carbon black particle in any one direction over the plurality of carbon black particles photographed by the electron microscope.
  • the maximum length is the distance between parallel lines when two parallel lines that are perpendicular to the above-mentioned arbitrary direction and are in contact with the outer diameter of the particle are drawn.
  • an arbitrary direction 201 is defined for a photograph 300 of a carbon black particle 200 taken with an electron microscope.
  • the distance between the two straight lines 202 perpendicular to the arbitrary one direction 201 and in contact with each force single bon black particle 200 is the free diameter 203.
  • the carbon black of the present invention preferably has a number average particle diameter of the ferret diameter of primary particles of 2 to 100 nm. In particular, it is 3 to 80 nm.
  • the method for measuring the number average particle size of the primary particles is in accordance with the method for measuring the number average particle size of the carbon black. However, the number of measured particles shall be 100 primary particles.
  • the carbon black of the present invention contains 5% or more primary particles in the carbon black based on the number.
  • the upper limit is 100%. These ratios vary depending on the industrial field to which they are applied. However, the higher the proportion of primary particles present, the better the performance of the product in the industrial field to which it is applied.
  • If it is a resin molding as a result of improving the fine dispersion in the resin, it contributes to reducing coloring unevenness and conductive unevenness, and also improves the mechanical strength and surface glossiness of the molding. Specifically, it is preferable in the order of 10% or more, 20% or more, 30% or more, 40% or more, 50% or more.
  • the ratio of primary particles is measured in the same manner using the above-mentioned electron microscope, but the number of measured particles is calculated by counting the primary particles present in 1000 carbon black particles.
  • the carbon black of the present invention is preferably surface-treated with an organic compound or the like, which is the surface strength of carbon black particles that are finally present stably.
  • the surface treatment includes both an adsorbed state and a grafted state, but it is desirable that the organic compound is grafted to ensure the effect when the surface treatment is performed with the organic compound.
  • the graft ratio of carbon black grafted with an organic compound is defined below. Grafting rate is expressed as (( ⁇ - ⁇ ) / ⁇ ) X 100 (%), where Y is the amount of organic compound before reaction and ⁇ is the extracted organic compound.
  • the graft ratio is preferably 50% or more.
  • the dispersibility improves as the carbon black surface is uniformly treated.
  • the carbon black of the present invention has at least a surface grafted with a force having an active free radical, which will be described later, or an organic compound that can be generated.
  • the primary particles of carbon black can be stably present, and not only the dispersibility in the medium is improved, but also greatly contributes to the elimination of uneven coloring and conductive unevenness and the improvement of mechanical strength. can do.
  • a suitable method for producing the carbon black of the present invention will be described.
  • a suitable production method that can be used in the present invention includes at least the following steps.
  • (B) a step of imparting mechanical shearing force to carbon black containing at least secondary particles to form primary particles, and grafting an organic compound into the separated particles separated from the secondary particles.
  • (A), (B) will be described.
  • the surface of carbon black that also has an agglomeration force is surface-treated with the organic compound.
  • radicals are generated on the surface of the structure, which is the smallest agglomeration unit, by heat or mechanical force, and the surface is treated with an organic compound that can capture these radicals.
  • This step effectively reduces the re-aggregation sites that have been agglomerated due to the strong agglomeration force between the carbon blacks, and prevents the primary particles of the structure and carbon black from aggregating and adhering.
  • the surface treatment includes a treatment for adsorbing the surface with an organic compound and a treatment for grafting the organic compound.
  • the organic compound is grafted on the entire surface of the secondary particles on the portion other than the surface separated from the secondary particle force! It is preferable to graft an organic compound on the surface of the carbon black in this step in order to make primary particles exist stably after the grafting step described later.
  • surface treatment can be performed by mixing carbon black aggregates with a force having active free radicals or an organic compound that can be generated.
  • this surface treatment it is preferable to include a mixing step for applying a mechanical shearing force. That is, the secondary particles of carbon black in the process of applying mechanical shear force It is presumed that the surface is activated, and the organic compound itself is also activated by the shearing force to become a so-called radical state, and as a result, the drafting of the organic compound is easily promoted on the carbon black surface. Is done.
  • the mixing device used in the surface treatment step is preferably a vorvo system mixer (manufactured by Thermo Electron), a refiner, a single screw extruder, a twin screw extruder, a planetary screw extruder, A conical screw extruder, continuous kneader, sealed mixer, Z-type kneader, etc. can be used.
  • the degree of mixture filling in the mixing zone in the mixer is 80% or more.
  • the degree of fullness is calculated by the following formula.
  • the temperature of the mixing zone is preferably equal to or higher than the melting point of the organic compound, preferably within the melting point + 200 ° C, and more preferably within the melting point + 150 ° C.
  • surface treatment is performed by using electromagnetic waves such as ultrasonic waves, microwaves, ultraviolet rays and infrared rays, ozone action, oxidizing agent action, chemical action and Z or mechanical shear force action in combination. It is possible to change the process time.
  • the mixing time is about 15 seconds to 120 minutes depending on the desired degree of surface treatment. Preferably 1 to: LOO minutes.
  • the organic compound used for the surface treatment is preferably added in the range of 5 to 300 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the carbon black to perform the surface treatment step. More preferably, 10 to 200 parts by weight.
  • the organic compound can be uniformly attached to the surface of the bonbon black, and further, sufficient to attach to the separation surface generated when the secondary particles are formed.
  • the amount can be made small. For this reason, it is possible to effectively prevent the decomposed primary particles from aggregating again, and carbon black produced by an organic compound that is excessively present in the finished carbon black, which is generated when added in excess of the amount of added calories. The possibility of losing inherent properties is reduced.
  • (B) A step of applying mechanical shearing force to carbon black containing at least secondary particles to form primary particles, and grafting an organic compound onto the separated surface where the secondary particle force is separated.
  • This is a step of cleaving the carbon black in which the re-aggregation sites are reduced in the surface treatment step to form primary particles from secondary particles, and at the same time grafting onto the surface with an organic compound to form stable primary particles. That is, for example, a mechanical shearing force is applied to the carbon black surface-treated with the organic compound, and the organic compound is grafted on the agglomerated portion of the basic particle while causing cracks in the agglomerated portion of the basic particle, thereby reaggregating the carbon black. Will be suppressed.
  • the cracked part is expanded, and the organic compound is grafted to the separation surface generated by the cleavage while forming primary particles, and finally separated as primary particles
  • the active part capable of agglomeration is not present, so that it is present as a stable secondary particle.
  • the organic compound itself is also activated by the mechanical shearing force, and the grafting is promoted.
  • the grafting step is a step of grafting at least a force having an active free radical in the cracked portion or an organic compound that can be generated, but a graph toy wrinkle may occur simultaneously in addition to the cracked portion. Also, it may be executed simultaneously or as a separate process during the progress of the surface treatment process.
  • a crack it is preferable to cause a crack by applying at least a mechanical shearing force.
  • Carbon black (structure) surface-treated with organic compounds It is desirable to adjust the surface-treated carbon black from the structure to the primary particles in a place where a dynamic shear force is applied.
  • this mechanical shearing force other means for causing cracks described above may be used in combination.
  • the mechanical shearing force here is preferably a shearing force similar to the mechanical shearing force in the surface treatment step described above.
  • the action of mechanical shearing force may generate active free radicals by breaking the chain inside carbon black, which is not a force when carbon black is atomized from aggregates to primary particles. It can be carried out.
  • the organic compound capable of generating or having a free radical used in the present invention is an organic compound that can be cleaved under the action of a mechanical shear force field to have or generate an active free radical, for example. Contains compounds. If the active free radicals cannot be sufficiently formed only by the action of mechanical cutting force, they are exposed to electromagnetic waves such as ultrasonic waves, microwaves, ultraviolet rays, and infrared rays, under the action of ozone, or under the action of an oxidizing agent. , The number of active free radicals can be complemented.
  • Polylab system mixer manufactured by Thermo Electron
  • refiner single screw extruder, twin screw extruder, planetary screw extruder, cone screw extruder, continuous kneading machine, etc.
  • Machines, sealed mixers, Z-types, etc. can be used.
  • the conditions for applying the mechanical cutting force are preferably the same as those for the surface treatment described above from the viewpoint of effectively applying the mechanical shearing force.
  • mechanical energy can be imparted to the entire particle uniformly effectively and continuously, so that grafting can be performed efficiently and uniformly. Is preferable.
  • the organic compound to be added may be gradually or intermittently added so that the organic compound becomes a predetermined amount. Add a certain amount in advance at the start of the surface process, and run until the grafting process! /.
  • the organic compound used in the grafting step as the material to be grafted with the organic compound used in the surface treatment step as the surface treatment material may be the same or different.
  • the grafting step described above is performed under conditions that are equal to or higher than the melting point of the organic compound used.
  • the upper limit of the temperature condition is in particular the melting point of the organic compound + within 200 ° C
  • the melting point is preferably within + 150 ° C. from the viewpoint of promoting the graft reaction and primary particle splitting.
  • the temperature is set with respect to the melting point of the organic compound having the highest melting point.
  • the above-described mechanical shearing force application time depends on the amount and scale of the sample, but in order to sufficiently execute the process, it is 1 minute to 100 minutes to improve the uniformity of the reaction. It is preferable from the viewpoint.
  • a mechanical shearing force by mixing carbon black and an organic compound described later without using a solvent. Since a shearing force is applied as a reaction at a temperature equal to or higher than the melting temperature of the organic compound, the organic compound becomes a liquid, so that it can be uniformly adapted to the solid carbon black surface, and the reaction can be effectively advanced.
  • a solvent is used, the uniformity is improved, but the energy transmission when applying a mechanical shear force is reduced, so the level of the active ingredient is lowered and the graft ink is effective. It is estimated that it will be difficult to proceed.
  • the method for adjusting the amount of the primary particles is not particularly limited, but can be adjusted by changing the above-described conditions for applying the mechanical shearing force. More specifically, the mechanical shearing force can be changed by adjusting the mixing degree of the mixing zone in the mixer for applying the shearing force to 80% or more and changing the filling degree. The proportion of primary particles can be adjusted. Furthermore, it can also be adjusted by changing the stirring torque at the time of mixing. As a method for adjusting this torque, in addition to the above-mentioned fullness, it can also be controlled by the stirring rotation speed and the stirring temperature. More specifically, when the temperature at the time of mixing is lowered, the viscosity of the molten organic compound is increased, so that the torque is increased and the resultant shear force is increased. That is, the abundance of primary particles increases.
  • carbon black having a force-aggregate structure that can be used for any commercially available one such as furnace black, channel black, acetylene black, and lamp black is used.
  • This aggregate structure is formed by agglomeration of primary particles, which are basic particles, and has a structure structure. It means secondary carbonized carbon black that also has the agglomeration force of the secondary particles.
  • surface treatment of organic compounds on monobon black has sufficient oxygen-containing functional groups such as carboxyl groups, quinone groups, phenol groups, and rataton groups on the surface of carbon black and layer surfaces to facilitate the graft reaction. It is desirable that there are many active hydrogen atoms at the periphery.
  • the carbon black used in the present invention has an oxygen content of 0.1% or more and a hydrogen content of 0.2% or more.
  • the oxygen content is 10% or less and the hydrogen content is 1% or less.
  • the oxygen content and the hydrogen content are respectively obtained by dividing the number of oxygen elements or the number of hydrogen elements by the total number of elements (sum of carbon, oxygen and hydrogen elements).
  • the surface treatment of the organic compound onto the carbon black can facilitate the graft reaction.
  • the oxygen content and hydrogen content on the surface of carbon black are below the above ranges, gas phase oxidation such as heated air oxidation or ozone oxidation, or nitric acid, hydrogen peroxide, potassium permanganate, sodium hypochlorite Alternatively, the oxygen content and hydrogen content of carbon black may be increased by a liquid phase acid treatment with bromine water or the like.
  • the organic compound used to surface-treat carbon black in the surface treatment process or to graft onto the carbon black in the grafting process is a force with free radicals or an organic compound that can be generated. .
  • the conditions for generating the free radical are not particularly limited. However, in the case of the organic compound used in the present invention, a free radical is present during the grafting process. It is necessary to be in a state.
  • the organic compound includes at least a compound capable of generating a free radical by electron transfer, a compound capable of generating a free radical by thermal decomposition, and a compound capable of generating a free radical as a result of the structure of the compound being cleaved by shearing force or the like. preferable.
  • the molecular weight is not more than 1500.
  • an organic compound having such a molecular weight range it is possible to obtain a carbon black whose surface is substituted with an organic compound having a somewhat large molecular weight, and re-aggregation of the formed primary particles can be suppressed.
  • the molecular weight is set to 1500 or less, the characteristics of the carbon black itself, which does not cause excessive surface modification and the characteristics of the organic compound grafted on the surface, are sufficiently exhibited. Can be demonstrated.
  • the organic compounds used in the surface treatment step and the grafting step may be the same or different, and plural types of organic compounds may be added to each step. In order to control the reaction temperature and simplify other conditions, it is desirable that the organic compounds used in the surface treatment process and the grafting process be the same.
  • organic compound examples include organic compounds capable of capturing free radicals on the carbon black surface of phenol compounds, amine compounds, phosphate ester compounds, and thioether compounds. .
  • antioxidants of phosphate ester compounds, thiol compounds, and thioether compounds can also be used. A plurality of these organic compounds may be used in combination. Depending on the combination, various surface treatment characteristics can be exhibited.
  • These organic compounds preferably do not have an isocyanate group in order to reliably control the reaction. That is, when an organic compound having excessive reactivity is used, a uniform grafting reaction is difficult to be formed, and it may be necessary to use a large amount of reaction time and amount of the organic compound. The reason for this is not clear, but when an organic compound with high reactivity as described above is used, the reaction proceeds in addition to the surface active sites and is formed by the mechanical shear force that is the original purpose. It is presumed that the reaction to the active point is insufficient.
  • Phenolic compounds (Organic compounds 1 to 88) (Organic compounds 1)
  • R C 9 H 9 (Organic compound 109) ⁇ ⁇ -CH 2 -CH 2 -NH- ⁇ ⁇ -
  • compositions, coloring composition, and conductive composition will be described.
  • the carbon black yarn and composition refers to the above composition, coloring composition, and conductive composition.
  • a carbon black composition is a composition containing the carbon black of the present invention and a medium.
  • the medium is not limited to a specific material, and a generally available medium can be used.
  • the specific form of the carbon black composition can take various phase states depending on the industrial field in which the medium is applied, such as a liquid phase, a solid phase, and a glass phase.
  • the shape of the carbon black composition is a desired shape such as powder, granule, film, plate, fiber, linear, tubular, rod, etc. It can be.
  • a method usually used in the applied industrial field can be adopted for processing into a final shape and shape.
  • the carbon black composition can be applied as it is as a member or part of an industrial article to which the carbon black composition itself is formed into a desired shape and applied.
  • Known methods can be used to form objects of various shapes.
  • the solid carbon black composition may be electrostatically deposited on a support and then fixed to form a carbon black composition layer, and a carbon black composition formed into a thin film on the support. Laminate with objects.
  • a coating apparatus is used for a liquid carbon black composition.
  • a liquid carbon black composition is fixed, such as a method of forming a liquid carbon black composition layer on a support or a method of forming a coating layer by immersing a support in liquid carbon black, For example, a method of injecting and fixing a carbon black composition onto a support can be used.
  • the final molded product of the carbon black composition exhibits uniform colorability and conductivity.
  • a colored material such as an image or a coated product finally obtained by applying the coloring composition can exhibit uniform colorability.
  • a conductive composition the finally obtained object can exhibit uniform conductivity.
  • a medium for dispersing carbon black water, an aqueous medium, an organic solvent, a known natural resin, or a synthetic resin can be selected.
  • aqueous media examples include alcohols such as methanol, ethanol, isopropanol, and n-propanol, and glycols such as ethylene glycol, diethylene glycol, and glycerin.
  • a surfactant may be included in water or an aqueous medium.
  • thermoplastic resins such as polyolefin resin, elastomeric resin, polystyrene resin, engineering plastic, and super engineering plastic. it can.
  • polyolefin thermoplastic resins include olefins alone or copolymers, as well as copolymers with other monomers, etc., for example, high produced by high, medium and low pressure methods, Medium, low-density polyethylene, linear low-density polyethylene, etc.
  • Polyethylene resin, polypropylene resin, poly 1,2-butadiene resin, ethylene-butene copolymer, ethyl-propylene, propyl-butyl acrylate or metatalylate Examples include coalescence, chlorination of these, or a mixture of two or more of these.
  • polyolefin thermoplastic resins polyethylene resin and polypropylene resin are preferable.
  • the elastomeric thermoplastic resin includes ethylene propylene elastomer, olefin elastomer such as EPDM elastomer, styrene elastomer such as styrene butadiene styrene, styrene isoprene styrene, polyamide, Examples thereof include urethane-based thermoplastic resin.
  • examples of the polystyrene-based thermoplastic resin include polystyrene, ABS, AS, and AAS resin.
  • Other general-purpose resins include PVC, E EA, EVA, AES, and ethylene butyl alcohol resin.
  • Polyamide resin such as nylon resin, polycarbonate resin, polyethylene terephthalate resin, polyester resin such as polybutylene terephthalate resin, polyacetal resin, and modified polyphenylene ether resin.
  • Super engineering plastics include polysulfone resin, modified polysulfone resin, polyallylsulfone resin, polyketone resin, polyetherimide resin, polyarylate resin, polyphenylene sulfide resin, liquid crystal polymer, polyethersulfide resin. Von rosin, polyether ether Examples include ketone resins, polyimide resins, polyamideimide resins, and fluorine resins.
  • polyoxyalkylene resin polysiloxane resin, polyurethane resin, polyallyl resin, acrylic resin, vinyl resin, styrene resin, phenoxy resin, epoxy resin, fiber element
  • polyoxyalkylene resin polysiloxane resin, polyurethane resin, polyallyl resin, acrylic resin, vinyl resin, styrene resin, phenoxy resin, epoxy resin, fiber element
  • system rosin polyester mortar, and amino rosin.
  • the above-mentioned rosin may be used alone or in combination of two or more.
  • the resin constituting the carbon black composition has a functional group.
  • Examples of the functional group include a carboxyl group, a sulfonic acid group, a phosphoric acid group, a boric acid group, and an amino group.
  • the functional group makes it possible to improve the affinity of the carbon black with the surface treatment agent when the surface-treated carbon black is used. It can be done easily.
  • the content of the resin in the carbon black composition is preferably 1 to 200 parts by weight and more preferably 5 to 50 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the surface-treated carbon black.
  • the carbon black yarn and the composition may contain an organic solvent for the purpose of promoting the adsorption of the resin to the surface-treated carbon black and reducing the viscosity of the composition.
  • organic solvent aromatic hydrocarbons, alcohols, esters, ethers, ketones, glycol ethers, alicyclic hydrocarbons, aliphatic hydrocarbons, etc. can be used.
  • the carbon black yarn and composite can be produced by mixing and stirring the carbon black and the medium.
  • the mixing and stirring method is not particularly limited and can be carried out by a dry dispersion method or a wet dispersion method.
  • a pulverizer or a disperser used for production by the dry dispersion method a three-roll mill that finely disperses carbon black particles by shear stress, a two-roll mill, carbon black particles with each other in a high-speed air stream, or carbon black particles and a resin.
  • N dispersion system that disperses by the impact force of the wall
  • mechano fusion system that disperses by strong shear force in a strong compressive force N theta composer
  • media such as glass beads and zirco your beads
  • examples include ball mills, attritors, and CF mills that finely disperse carbon black particles by the impact force of the.
  • Examples of the kneading apparatus include known apparatuses such as a single-screw extruder, a twin-screw extruder, a two-roll mill, a Banbury mixer, an intermix, and a force!
  • a known molding method such as injection molding, vacuum molding, blow molding, inflation molding, etc.
  • a conductive thermoplastic resin having a shape according to the application such as a sheet shape, a film shape, a plate shape, or an irregular shape. Formed bodies, films or sheets can be obtained and used for various applications.
  • the above-mentioned three-roll mill, two-roll mill, ball mill, attritor, and other glass beads may be used depending on the impact force of the media such as Zirco-Abies.
  • kneaders, etastruders, jet mills, etc. that finely disperse by the collision force or shearing force between the carbon black particles or between the carbon black particles and the resin dispersion wall, ultrasonic dispersers that finely disperse by ultrasonic waves, etc. Can be mentioned.
  • the carbon black composition has a strength, glass fiber, silica, talc, calcium carbonate, zinc oxide to improve heat resistance, dimensional stability, rigidity, toughness, impact resistance, and mechanical strength.
  • Inorganic fillers such as barium sulfate, stainless steel, copper oxide, nickel, nickel oxide and zirconium silicate can also be blended.
  • thermoplastic resin and the carbon black of the present invention for the purpose of improving deterioration and moldability over time when kneading the thermoplastic resin and the carbon black of the present invention or improving moldability, a known phenolic or phosphoric acid-based acid-rich inhibitor, metal stone cage
  • flame retardants, plasticizers, and the like can be used depending on molding, processing aids, and uses of lubricants such as fatty acid amide derivatives.
  • the application field of the carbon black composition requires light-shielding by color, jetness, etc.
  • Fields that require electrical conductivity control such as gravure inks, offset inks, back coats for magnetic recording media, electrophotographic materials, automotive paints, fiber plastic forming materials, electromagnetic shielding materials,
  • high-voltage cable coating materials, idling cords, sheet heating elements, sheet switches, electrodes, and other conductive materials are particularly preferable.
  • This twin-screw extruder was mixed with two screws, and PCM-30 (manufactured by Ikegai Seisakusho) was used. It was not modified so that it could be kneaded in a continuous manner, but was modified so that the outlet could be sealed and stirred with two screws. Both were put into the apparatus so that the degree of fullness was 94%, and then stirred while being heated to a first temperature (Tpl) of 160 ° C (melting point + 35 ° C).
  • Tpl first temperature
  • the first stirring speed (Svl) was set at 30 rotations per minute for the first processing time (T1) for 10 minutes, and the stirring processing was performed.
  • the sample was sampled and the state of the grafted soot was confirmed by Soxhlet extraction. It was found that the grafting rate was about 30%. That is, it was confirmed that the grafting progresses on the surface of the carbon black and becomes V.
  • the second stirring speed (Sv2) is set to 50 revolutions per minute at the screw speed, and the second temperature (Tp2) is set to 180 ° C (melting point + 55 ° C).
  • the condition was changed to a high mechanical shear force, and the second treatment time (T2) was set to 60 minutes. Thereafter, it was cooled and the treated carbon black was taken out.
  • the organic compound was grafted on the surface of the curve black at a graft ratio of 91%.
  • 65 number% of primary particles were present.
  • the number average particle size of the ferret diameter of carbon black is 42 nm. It was. This carbon black is referred to as “carbon black 1”.
  • Carbon blacks 2, 3, and 4 were obtained in the same manner as in Example 1 except that the conditions were as shown in Tables 1 and 2. Further, carbon black compositions (Nos. 2 to 4) were obtained in the same manner as in Example 1 except that these carbon blacks were used.
  • the batch type twin-screw extruder used in Example 1 was charged. Subsequently, the mixture was stirred while being heated to 240 ° C. (melting point + 19 ° C.) (Tpl). Stirring was performed at a stirring speed (Svl) of 35 rotations per minute by screw rotation and stirring for 15 minutes (T1). Sampling was performed after the stirring treatment, and when the state of grafting was confirmed by Soxhlet extraction, it was found that the grafting rate was about 32%.
  • Example 1 the conditions were the same except that the conditions were as shown in Table 1 and Table 2. Black 6-9 were obtained. Also, carbon black compositions (Nos. 6 to 9) were obtained in the same manner as in Example 1 except that these carbon blacks were used.
  • Example 1 instead of carbon black (N220, manufactured by Mitsubishi Chemical Co., Ltd.), Ra venl035 (manufactured by Columbia Chemical Industry Co., Ltd.) was used, and other conditions were the same as shown in Tables 1 and 2. Thus, carbon black 10 was obtained. A carbon black composition (No. 10) was obtained in the same manner as in Example 1 except that this carbon black was used.
  • Example 5 instead of carbon black (N220, manufactured by Mitsubishi Chemical Co., Ltd.), Ra venl035 (manufactured by Columbia Chemical Industry Co., Ltd.) was used, and the other conditions were the same as shown in Table 1 and Table 2. Thus, carbon black 11 was obtained. A carbon black composition (No. 11) was obtained in the same manner as in Example 1 except that this carbon black was used.
  • Carbon blacks 12 to 13 were obtained in the same manner as in Example 1 except that the conditions were as shown in Tables 1 and 2. Further, carbon black compositions (Nos. 12 to 13) were obtained in the same manner as in Example 1 except that these carbon blacks were used.
  • carbon black (N220, manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation) is designated as carbon black 14.
  • a carbon black composition (No. 14) was obtained in the same manner as in Example 1 except that this carbon black was used.
  • Example 1 the sample was taken out after 1 minute of the first treatment time (T1). This is called Carbon Black 15.
  • a carbon black composition (No. 15) was obtained in the same manner as in Example 1 except that this carbon black was used.
  • the same treatment was performed except that the carbon black 16 of Comparative Example 3 was changed to a carbon black having a ferret diameter number average particle diameter of 500 m in the carbon black 16 of Comparative Example 3. 200 parts of this treated carbon black was mixed with 100 parts of carbon black 1 to prepare carbon black having a number average diameter of 320 ⁇ m and a primary particle number ratio of 15%. This is called carbon black 17.
  • a carbon black composition (No. 17) was obtained in the same manner as in Example 1 except that this carbon black was used.
  • Table 3 shows the number average particle diameter of the ferret diameter of carbon black and the ratio of the number of primary particles in each of carbon blacks 1 to 17.
  • Example 1 180 +55 50 60 91
  • Example 10 190 +65 60 40 94
  • Each of the carbon black compositions 1 to 17 obtained above was press-molded at 200 ° C. to prepare samples for evaluation of lOcm ⁇ IOcm ⁇ O. 2 cm.
  • the volume resistivity value of 10 samples for evaluation was measured according to the Japan Rubber Association SRIS-22301, and the variation in conductivity was evaluated.
  • the evaluation criteria are as follows.
  • Variation in volume resistivity of 10 samples is less than ⁇ 1%
  • Variation of volume resistivity of 10 samples is more than ⁇ 1% and less than 5%
  • Evaluation 2 Coloring unevenness evaluation
  • Each of the carbon black compositions 1 to 17 obtained above was press-molded at 200 ° C. to prepare 10 samples for evaluation of 30 cm ⁇ 30 cm ⁇ O.
  • the transmission density was measured using a cherry densitometer PDA-62 (manufactured by Ko-Minolta Co., Ltd.), and the difference between samples of each composition was measured. The maximum difference was adopted as the evaluation result. When the difference in transmission density is 0.10 or more, density unevenness is conspicuous and it becomes impractical.
  • Each of the carbon black compositions 1 to 17 obtained above was press-molded at 200 ° C. to prepare samples for evaluation of lOcm ⁇ IOcm ⁇ O. 2 cm.
  • the evaluation criteria are as follows.
  • Example 1 42 65 25 A 0,03 A Example 2 40 72 25 A 0.02 A Example 3 39 89 25 A 0.02 A Example 4 28 98 25 A 0.01 A Example 5 48 53 28 A 0.02 A Example 6 47 87 28 A 0.02 A Example 7 41 89 28 A 0.01 A Example 8 29 97 28 A 0.01 A Example 9 36 77 28 A 0.02 A Example 10 32 87 28 A 0.01 A Example 11 33 83 28 A 0.01 A Example 12 80 35 25 A 0.02 A Example 13 180 7 25 B 0.08 B Comparative Example 1 210 0-C 0.22 C Comparative Example 2 210 1 Cannot be measured C 0.23 c Comparative Example 3 210 0 c 0.22 c Comparative Example 4 320 15 25 c 0.12 B
  • Example 14 except that carbon blacks 14 to 17 were used, respectively. Carbon black compositions 19-22 were prepared and the paper was similarly colored.
  • a composition that can be uniform can be provided. This composition can be applied to various industrial fields.

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Abstract

　本発明は、フェレ径の個数平均粒径が所定の範囲である新規なカーボンブラックを含有した組成物、着色用組成物又は導電性組成物を提供する。 　本発明は、フェレ径の個数平均粒径が５～３００ｎｍであり、かつ一次粒子を個数基準で５％以上であるカーボンブラックを含有することを特徴とする組成物に関する。 　本発明の組成物は、着色性や導電性が均一であり、該組成物を利用した最終形態における着色性や導電性を均一とすることができる。

Description

明 細 書
カーボンブラックを含有した組成物、着色用組成物及び導電性組成物 技術分野
[0001] 本発明はフェレ径の個数平均粒径が 5〜300nmであるカーボンブラックを含有し た組成物、着色用組成物及び導電性組成物に関する。
特には、安定したカーボンブラック一次粒子を有する組成物、着色用組成物及び 導電性組成物に関する。
背景技術
[0002] カーボンブラックは、着色性、導電性、耐候性、耐薬品性等に優れるため、例えば プラスチックやエラストマ一の補強剤や充填剤等種々の目的で幅広く使用されている 通常、カーボンブラックは、複数の基本粒子が化学的、物理的に結合した二次粒 子、すなわち凝集体 (ストラクチャともいう）として存在している（図 4)。この凝集体は、 不規則な鎖状に枝分かれした複雑な凝集構造をとつている。また、凝集体同士が Va n der Waals力や単なる集合、付着、絡み合いなどから二次凝集体をも形成する ため、十分なミクロ分散構造を得ることは困難であった。また複雑な形状を有している ため、例えば榭脂ゃゴムなどの媒体に分散しても、均一分散を困難にさせており。当 該榭脂を成型しても、着色性にムラが生じたり、それら成型物の表面の光沢度や仕 上がりが十分ではな力つた。また、カーボンブラックは導電性材料としても使用される 力 従来のカーボンブラックでは、榭脂ゃゴムに分散した場合、分散が均一化しにく ぐ抵抗にムラを生じる問題があった。
[0003] カーボンブラックは、その形状が粉状または粒状のため、単独で使用されていること が少なぐ通常、ゴムゃ榭脂等の固状の基材または水や溶剤等の液体に均一に分 散されてその特性を発揮する。しかし、カーボンブラックは、粒子間の凝集力に比べ て他の物質、例えば有機高分子、水および有機溶剤等との親和性が弱いために、通 常の混合または分散条件では、均一に混合または分散することが極めて困難であつ た。この問題を解決するために、カーボンプラッツク表面を各種の界面活性剤ゃ榭脂 で被覆して、固状の基材または液体との親和性を高めることにより、カーボンブラック の分散性を改良する検討が数多くなされて 、る。
[0004] 例えば、重合性単量体をカーボンブラック (凝集体)共存下に重合させることにより 得られる有機化合物をグラフトしたカーボンブラックは、重合性単量体の種類を適当 に選択することにより、親水性および Zまたは親油性を適宜変えることができるため 注目されている（例えば、米国特許 6, 417, 283)。し力しながら、従来の方法で得ら れたカーボンブラックを使用しても、本発明者らが求める均一な着色性や導電性能を 得ることができな力つた。
[0005] カーボンブラックを微細化するには、低ストラクチャ化や凝集体を構成する基本粒 子への分解などが考えられる。しかし、低ストラクチャ化だけでは、凝集体としての特 性が発揮され、十分な分散性改良には至らな力つた。そのため、また、基本粒子への 分解は、カーボンブラックの一次粒子の凝集力は非常に強大なため、凝集体を微細 化しても、直ちに凝集して凝集体を形成してしまい、安定した一次粒子を得ることが 出来なかった。
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0006] したがって、本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、フエ レ径の個数平均粒径が所定の範囲である新規なカーボンブラックを含有した組成物 、着色用組成物又は導電性組成物を提供することにある。
本発明の他の目的は、一次粒子の状態で安定して存在するカーボンブラックを含 有した組成物、着色用組成物又は導電性組成物を提供することにある。
本発明の他の目的は、着色ムラや導電性ムラが少ない組成物、着色用組成物又は 導電性組成物、又は組成物、着色用組成物又は導電性組成物を使用して、画像、 部材、成型体などを作成した場合に、それらが均一な着色性、濃度又は導電性を示 すことを可能とする組成物、着色用組成物又は導電性組成物を提供することにある。 本発明の他の目的は、榭脂などに混合したときに、その成型物の表面仕上がり、表 面光沢性が良好とすることが可能な組成物、着色用組成物又は導電性組成物を提 供することにある。 課題を解決するための手段
[0007] 上記諸目的は、下記（1)〜（9)により達成される。
(1)フ レ径の個数平均粒径が 5〜300nmであり、かつ一次粒子を個数基準で 5% 以上であるカーボンブラックを含有することを特徴とする組成物。
(2)前記カーボンブラックの表面が有機化合物で表面処理されて 、ることを特徴とす る（1)に記載の組成物。
(3)前記有機化合物が、少なくともフ ノール系化合物及びまたはアミン系化合物を 含むことを特徴とする（2)に記載の組成物。
(4)フ レ径の個数平均粒径が 5〜300nmであり、かつ一次粒子を個数基準で 5% 以上であるカーボンブラックを含有することを特徴とする着色用組成物。
(5)前記カーボンブラックの表面が有機化合物で表面処理されて 、ることを特徴とす る（4)に記載の着色用組成物。
(6)前記有機化合物が、少なくともフ ノール系化合物及びまたはアミン系化合物を 含むことを特徴とする（5)に記載の着色用組成物。
(7)フ レ径の個数平均粒径が 5〜300nmであり、かつ一次粒子を個数基準で 5% 以上であるカーボンブラックを含有することを特徴とする導電性組成物。
(8)前記カーボンブラックの表面が有機化合物で表面処理されて 、ることを特徴とす る（7)に記載の導電性組成物。
(9)前記有機化合物が、少なくともフ ノール系化合物及びまたはアミン系化合物を 含むことを特徴とする（8)に記載の導電性組成物。
[0008] 本発明者らは少なくとも上記問題点を鑑み、研究を重ねた結果、カーボンブラック の機能を安定に発揮させるためには、カーボンブラックを一次粒子化することが重要 であることを見出した。しかし、従来は、カーボンブラック凝集体力も一次粒子を安定 に調整することが不可能であった。本発明者らは、カーボンブラックの凝集体を微細 化しようとしても、カーボンブラック同士の強い凝集力により、再び凝集し、凝集体とな つてしまっていると推察した。すなわち、凝集体を微細化しても再凝集しないように、 再凝集部位をなくし、凝集体の基本粒子同士の接合部分を分解し、最終的に安定し た一次粒子を得ることができることを見出した。そのカーボンブラックを使用することで 、榭脂中に分散した状態で、均一な着色性や均一な導電性を有する組成物を得るこ とができたものである。
[0009] 凝集体力もこの一次粒子を安定に調整できたことでも画期的であつたが、材料中に 一次粒子が少なくとも 5%存在することによって、着色ムラ、導電性ムラが少なくなるこ とは、予想しえないことであった。この理由はさだかではないが、少なくとも 5%の一次 粒子が存在することにより、組成物中に均一に分散が可能となり、着色ムラ、導電性 ムラを減少させたと推察する。すなわち、微細な一次粒子がある程度存在しているこ とで、榭脂へ分散した際に凝集粒子間に一次粒子が存在できるようになり、分散の均 一性が向上するのではないかと推定される。また、例えば榭脂ゃゴム成型物の表面 近傍に一次粒子が存在させることが可能となり、表面物性を向上させたと推察される
[0010] 本願でいう一次粒子について説明する。通常のカーボンブラックは凝集体の形態 で存在するが、これらの凝集体は複数の基本粒子が化学的 Z物理的に凝集した形 態である。本願でいう一次粒子は、その基本粒子を指す。しかし凝集体を構成する状 態の基本粒子を指すものではなぐ凝集体力ゝら分離して基本粒子の状態で安定して 存在している粒子を指す。本願でいう二次粒子とは、基本粒子が凝集してできた凝 集体を指す。ここで、凝集体同士が凝集した二次凝集体も本願では、二次粒子と総 称する。
[0011] 図 2は二次粒子と基本粒子の関係を説明する図である。基本粒子が凝集してでき た状態を二次粒子としている。また、図 3は二次粒子を構成する基本粒子が二次粒 子から分離され、安定して存在している状態を指し、この基本粒子単体で存在する粒 子を一次粒子とする。
[0012] 以下、詳細に説明する。
<カーボンブラック >
(1)フ レ径の個数平均粒径
本発明のカーボンブラックは、フェレ径の個数平均粒径が 5〜300nmの範囲であ る。好ましくは、 10〜： LOOnmであり、特に好ましくは 10〜80nmである。
このような範囲をとることによって、例えば榭脂成型物へ全体に分散することができ 、特に表面に極度な表面粗さの不均一性をもたらすことが減少するため、表面性を 向上させることが可會となる。
[0013] ここでフェレ径の個数平均粒径の測定対象は、安定に存在するカーボンブラックの 一次粒子と二次粒子である。凝集体として存在するカーボンブラックの場合は、その 凝集体が測定の対象となり、凝集体中の基本粒子を計測するものではない。
この個数平均粒径に制御するには、凝集体として存在するカーボンブラックの基本 粒子径が上記の範囲に入るものを適宜選択して処理を行うことや、凝集体を一次粒 子に分断する製造時の条件を変更することで達成すること出来る。
[0014] このフェレ径の個数平均粒径は、電子顕微鏡により観察することができる。
カーボンブラック単体からこのフ レ径の個数平均粒径を求めるときは、走查型電 子顕微鏡 (SEM)により、 10万倍に拡大して撮影し、 100個の粒子を適宜選択して 算出する。
尚、榭脂などの成型物力もカーボンブラックの平均粒径を求める場合は透過型電 子顕微鏡 (TEM)により 10万倍に拡大して撮影し、 100個の粒子を適宜選択して算 出してもよい。
[0015] 尚、本発明で用いられるフェレ径とは、上記電子顕微鏡で撮影された複数のカーボ ンブラック粒子にぉ 、て、各カーボンブラック粒子の任意の一方向における最大長さ を表す。最大長さとは、上記任意の一方向に対して垂直で、粒子の外径に接する 2 本の平行線を引く場合の平行線間の距離をいう。
[0016] 例えば、図 1において、電子顕微鏡によるカーボンブラック粒子 200の撮影写真 30 0につ 、て任意の一方向 201を定める。前記任意の一方向 201に対して垂直で各力 一ボンブラック粒子 200に接する 2本の直線 202の間の距離がフ レ径 203である。
[0017] 本発明のカーボンブラックは、その一次粒子のフェレ径の個数平均粒径が 2〜 100 nmであることが好ましい。特には、 3〜80nmである。このような範囲のカーボンブラ ックを使用すること〖こより、榭脂成型物に分散した場合は、その強度を増させることが できる。または、成型物の光沢度を向上させたり、もしくは仕上がり状態を美しくさせる ことが出来る。一次粒子の個数平均粒径の測定方法は、上記カーボンブラックの個 数平均粒径の測定方法に準じる。但し、測定粒子数は一次粒子を 100個とする。 [0018] (2)—次粒子の割合
本発明のカーボンブラックは、一次粒子をカーボンブラック中に個数基準で、 5% 以上含有する。上限としては、 100%である。これらの割合は、適用する工業分野に よって好適な割合が変わるが、一次粒子の存在割合が多いほど、適用する工業分野 での製品の性能を良好にすることが可能となる。榭脂成型物であれば、榭脂中への 緻密分散を向上させる結果、着色ムラや導電ムラを減少させることに貢献すると共に 、成型物の機械的強度、表面光沢性などが向上する。具体的には、 10%以上、 20 %以上、 30%以上、 40%以上、 50%以上の順で好ましくなる。一次粒子の割合を 測定するときは、上述の電子顕微鏡を用いて同様に行うが、測定粒子数はカーボン ブラック粒子 1000個中に存在する一次粒子をカウントして計算する。
[0019] (3)表面処理
本発明のカーボンブラックは、最終的に安定して存在するカーボンブラック粒子表 面力 有機化合物などで表面処理されて 、ることが好ま 、。
表面処理とは、吸着及びグラフトイ匕された状態の両方を含むが、確実に、前記有機 化合物で表面処理されたときの効果をもたらすためには、有機化合物はグラフトイ匕し ていることが望ましい。
有機化合物がグラフトイ匕したカーボンブラックのグラフトイ匕率は下記で定義される。 グラフト化率は、反応前有機化合物量を Y、抽出された有機化合物を Ζとするとき、 ( (Υ-Ζ) /Ύ) X 100 (%)で表される。
グラフトイ匕率は 50%以上が好ましい。またカーボンブラック表面に均一に処理され て 、るほど分散性が向上する。
[0020] 本発明のカーボンブラックは、後述する活性遊離基を有する力または生成すること ができる有機化合物で少なくともその表面がグラフトされていることが望ましい。このよ うな構成をとることにより、カーボンブラックの一次粒子を安定に存在させることができ 、媒体への分散性が向上するばかりか、着色ムラ、導電ムラの解消、機械的強度の 向上に大きく寄与することができる。
[0021] (4)カーボンブラックの製法
本発明のカーボンブラックの好適な製法について説明する。 本発明で使用できる好適な製法としては、少なくとも以下の工程を有するものであ る。
(A)活性遊離基を有するカゝまたは生成することができる有機化合物で少なくとも基本 粒子の凝集体 (ストラクチャ）力もなる二次粒子を含むカーボンブラックの表面を処理 する表面処理工程
(B)少なくとも二次粒子を含むカーボンブラックに機械的剪断力を付与して一次粒子 化させ、且つ、二次粒子から分離した分離目に有機化合物をグラフト化する工程 以下詳細に (A)、（B)について説明する。
[0022] (A)活性遊離基を有する力または生成することができる有機化合物で少なくとも基本 粒子の凝集体 (ストラクチャ）力もなる二次粒子を含むカーボンブラックの表面を処理 する表面処理工程
本工程では、凝集体力もなるカーボンブラックの表面を上記有機化合物で表面処 理する工程である。
本工程では、最小凝集単位であるストラクチャの表面上に熱や機械的な力によりラ ジカルを発生させ、このラジカルを捕捉することが可能である有機化合物で表面処理 する。この工程によって、カーボンブラック同士の強い凝集力により、再び凝集してい た再凝集部位を効果的に減少させ、ストラクチャやカーボンブラックの一次粒子が凝 集付着を防止することができる。
ここで表面処理とは、表面を有機化合物で吸着させる処理、有機化合物をグラフト させる処理を含んでいる。一次粒子化した後に粒子を安定ィ匕させるために、二次粒 子力 分離した面以外の部分に二次粒子の表面全体に有機化合物がグラフト化され て!、ることが好ま 、。後述するグラフト工程後に安定して一次粒子を存在させるた めに、本工程で、カーボンブラック表面に有機化合物をグラフトさせることが好ましい
[0023] 表面処理の方法としては、例えば、カーボンブラック凝集体と活性遊離基を有する 力または生成することができる有機化合物を混合することによって表面処理が可能で ある。この表面処理に於いては機械的剪断力を付与する混合工程を含むことが好ま しい。すなわち、機械的剪断力を付与する工程にてカーボンブラックの二次粒子の 表面が活性化され、さらに、有機化合物自体も剪断力にて活性化され、いわゆるラジ カル化された状態となりやすぐ結果としてカーボンブラック表面に有機化合物のダラ フト化が促進されやすくなるものと推定される。
表面処理工程においては、機械的剪断力を付与できる装置が好ましい。 本発明にお 、て表面処理工程に使用される好ま 、混合装置にっ 、ては、ボリラ ボシステムミキサ (サーモエレクトロン社製)、リファイナ、単軸押出機、二軸押出機、 遊星軸押出機、錐形軸押出機、連続混練機、密封ミキサー、 Z形ニーダーなどを使 用することができる。
[0024] 表面処理工程時に上記装置を使用する場合には、混合機中の混合ゾーンの混合 物充満度が 80%以上となるように設定することが好ま 、。充満度は下記の式により 求められる。
Z = Q/A
Z :充満度 (％) Q :充填物体積 (m2) A:混合部空隙量 (m2)
すなわち、混合時に高い充満状態とすることで機械的な剪断力が粒子全体に均一 に付与することができる。この充満度が低い場合には剪断力の伝達が不十分となり、 カーボンブラックや有機化合物の活性を高くすることができず、グラフトイ匕が進行しに くくなる可能性がある。
[0025] 混合時は混合ゾーンの温度を、上記有機化合物の融点以上、好ましくは融点 + 20 0°C以内、さらには、融点 + 150°C以内とすることが好ましい。尚、複数種類の有機 化合物が混合される場合は最も融点の高い有機化合物の融点に対して温度設定が されることが好ましい。
[0026] 混合時には、超音波、マイクロ波、紫外線、赤外線などの電磁波の照射、オゾン作 用、酸化剤の作用、化学的作用及び Z又は機械的剪断力作用などを併用すること により表面処理の程度、工程の時間を変更することが可能である。混合時間は、所望 の表面処理の程度にもよる力 15秒から 120分程度である。好ましくは 1〜： LOO分で ある。
[0027] 表面処理に使用する有機化合物は、カーボンブラック 100重量部に対して、 5〜30 0重量部の範囲内で添加して表面処理工程を行うことが好ましい。さらに好ましくは、 10〜200重量部である。このような範囲で前記有機化合物を添加することにより、力 一ボンブラック表面に均一に有機化合物を付着させることができ、さらに、二次粒子 を形成した時点で生成する分離面に付着できるに充分な量とすることができる。この ため、分解された一次粒子が再度凝集することを効果的に防止でき、また、この添カロ 量以上に添加した場合に発生する、出来上がりのカーボンブラックにて過剰に存在 する有機化合物によるカーボンブラック固有の特性を喪失させる可能性が低くなる。
[0028] (B)少なくとも二次粒子を含むカーボンブラックに機械的剪断力を付与して一次粒子 化させ、且つ、二次粒子力 分離した分離面に有機化合物をグラフトイ匕する工程 本工程は、上記表面処理工程で再凝集部位が少なくなつたカーボンブラックを開 裂させ、二次粒子から一次粒子化させると同時に表面に有機化合物にてグラフトイ匕 し、安定な一次粒子化する工程である。すなわち、例えば、機械的剪断力を前記有 機化合物で表面処理したカーボンブラックに付与し、基本粒子の凝集部に亀裂を生 じさせつつその部分に有機化合物をグラフト化させ、カーボンブラックの再凝集を抑 制していく。当該カーボンブラックに継続して機械的剪断力を付与することにより亀裂 部分を拡大させ、一次粒子化させつつ有機化合物を開裂で生じた分離面にグラフト 化させ、最終的に一次粒子として分離した時点では、凝集可能な活性部が存在しな い状態とさせることで安定な次粒子として存在させる工程である。この場合、添加され ている有機化合物にも同様の機械的剪断力が付与されているため、有機化合物自 体も機械的剪断力にて活性化されており、グラフト化が促進される。
[0029] 上記グラフト工程は、少なくとも亀裂部分に活性遊離基を有する力または生成する ことができる有機化合物をグラフト化させる工程であるが、亀裂部分以外に同時にグ ラフトイ匕が起こっていてもよい。また、上記の表面処理工程進行中に同時にまたは別 工程として実行されても良 、。
[0030] 上記の亀裂をおこすための手段としては、超音波、マイクロ波、紫外線、赤外線な どの電磁波の照射、オゾン作用、酸化剤の作用、化学的作用、機械的剪断力作用な どさまざまな形態がとりうる。
本発明では、少なくとも機械的剪断力を付与することによって、亀裂を起こさせるこ とが好ましい。有機化合物で表面処理されたカーボンブラック (ストラクチャ）を、機械 的剪断力が作用する場におき、表面処理されたカーボンブラックをストラクチャから一 次粒子に調整することが望ましい。この機械的剪断力を付与する際には、他の上記 に記載された亀裂を起こすための手段を合わせて使用してもよい。
ここでの機械的剪断力とは前述の表面処理工程での機械的剪断力と同様な剪断 力を加えることが好ましい。
[0031] 前述のように、機械的剪断力の作用はカーボンブラックを凝集体から一次粒子に微 粒子化させるば力りではなぐカーボンブラック内部の鎖を断裂させて活性遊離基を 生成させる事も行うことができる。本発明で使用される遊離基を備えている力または 生成することができる有機化合物は、例えば機械的剪断力場の作用を受けて断裂し て活性遊離基を有するかまたは生成することができる有機化合物を含む。機械的剪 断力の作用下だけで十分に活性遊離基が形成できない場合には、超音波、マイクロ 波、紫外線、赤外線などの電磁波の照射下、オゾンの作用下、または酸化剤の作用 下において、活性遊離基数を補完することができる。
[0032] 機械的剪断力を与える装置としては、ポリラボシステムミキサ（サーモエレクトロン社 製)、リファイナ、単軸押出機、二軸押出機、遊星軸押出機、錐形軸押出機、連続混 練機、密封ミキサー、 Z形-一ダーなどを使用することができる。なお、この機械的剪 断力を付与する条件としては前述の表面処理と同様の条件とすることが機械的剪断 力を効果的に付与する観点で好ましい。また、これら装置を使用することにより、効果 的、且つ、連続的に機械的エネルギーを粒子全体に均一に付与することができるた め、グラフトイ匕を効率的、且つ、均一に行うことができる点で好ましい。
[0033] 上記の表面処理工程とグラフト工程においては、添加する有機化合物は、有機化 合物が所定の量となるように、徐々に連続的又は断続的に添加してもよいし、上記表 面工程開始時に予め所定量を添加しておき、グラフト工程まで実行してもよ!/、。
[0034] 表面処理の材料として表面処理工程に使用される有機化合物とグラフト反応させる 材料としてグラフト工程に使用される有機化合物は、同じであっても異なっていても良 い。
[0035] 上述のグラフト工程は、使用される有機化合物の融点以上の条件において実施さ れることが望ましい。温度条件の上限としては特に有機化合物の融点 + 200°C以内 、さらには、融点 + 150°C以内であることが、グラフト反応、一次粒子の分裂を促進す る観点で好ましい。尚、複数種類の有機化合物が混合される場合は最も融点の高い 有機化合物の融点に対して温度設定がされることが好ましい。
[0036] 上述の機械的剪断力作用させる時間は、試料の量やスケールにもよるが、工程を 十分に実行するために、 1分以上 100分以内であることが反応の均一性を向上する 観点で好ましい。
[0037] 上述の製造方法では、カーボンブラックと後述する有機化合物を、溶媒を使用せず に混合させて機械的剪断力を付与することが好ましい。反応として有機化合物の溶 融温度以上にて剪断力を付与するため、有機化合物が液状となるため、固体である カーボンブラック表面に均一になじみ、反応を効果的に進行させることができる。溶 媒を使用した場合には、均一性は向上するものの、機械的剪断力を付与する際のェ ネルギ一の伝達が低下するため、活性ィ匕のレベルが低下してしまい、グラフトイ匕を効 果的に進行させることができにくくなると推定される。
[0038] なお、一次粒子の量を調整する方法としては特に限定されるものではないが、前述 の機械的剪断力を付与する条件を変化させることで調整することができる。より具体 的には剪断力を付与するための混合機中の混合ゾーンの混合物充満度が 80%以 上となるように調整し、その充満度を変化させることで機械的剪断力を変更でき、一 次粒子の存在割合を調整することができる。さらには混合時の攪拌トルクを変化さる ことでも調整することができ、このトルクを調整する方法として、前述の充満度に加え、 攪拌回転数や攪拌温度によっても制御することができる。より具体的には混合時の温 度を低くすると溶融状態の有機化合物の粘度が高くなる方向となるため、トルクは高 くなり、結果として付与される剪断力は増加する。すなわち、一次粒子の存在量が増 加していく。
[0039] 2)出発原料としてのカーボンブラック
使用可能なカーボンブラックとしては、例えば、ファーネスブラック、チャンネルブラ ック、アセチレンブラック、ランプブラック等、いずれの市販のものが使用できる力 凝 集体構造を有しているカーボンブラックを使用する。この凝集体構造とは、基本粒子 である一次粒子が凝集して形成されて、ストラクチャ構造を有するもので、いわゆる一 次粒子の凝集体力もなる、二次粒子化されたカーボンブラックを意味する。また、力 一ボンブラックへの有機化合物の表面処理ゃグラフト反応を円滑にするために、カー ボンブラックの表面に十分なカルボキシル基、キノン基、フエノール基やラタトン基な どの酸素含有官能基及び層面周縁の活発な水素原子が多く存在していることが望ま しい。そのため、本発明で使用されるカーボンブラックについて、酸素含有量が 0. 1 %以上であり、水素含有量は 0. 2%以上であることが好ましい。特には、酸素含有量 力 10%以下、水素含有量は、 1%以下である。ここで酸素含有量、水素含有量は それぞれ、酸素元素数又は水素元素数を全元素数 (炭素、酸素、水素の元素の和） で割った値で求められる。
このような範囲を選択することにより、カーボンブラックへの有機化合物の表面処理 ゃグラフト反応を円滑にすることができる。
[0040] また、上述の範囲を選択することによって、遊離基を備えて!/、る力または生成するこ とができる有機化合物を確実にグラフトさせることができ、再凝集防止効果が高くなる 。カーボンブラック表面の酸素含有量及び水素含有量が前記範囲を下回る場合に は、加熱空気酸化やオゾン酸化などの気相酸化、または硝酸、過酸化水素、過マン ガン酸カリウム、次亜塩素酸ナトリウム、臭素水などによる液相酸ィ匕処理によりカーボ ンブラックの酸素含有量及び水素含有量を増加させてもよい。
[0041] 3)有機化合物
表面処理工程でカーボンブラックを表面処理するために、もしくはグラフト工程で力 一ボンブラックにグラフトイ匕するために使用する有機化合物は、遊離基を備えている 力または生成することができる有機化合物である。
遊離基を生成することができる有機化合物において、遊離基を生成する条件は特 に制限がないが、本発明で使用される有機化合物の場合は、グラフト工程中には、 遊離基を有している状態となることが必要である。当該有機化合物は、少なくとも電 子移動により遊離基を生成可能な化合物、熱分解により遊離基を生成可能な化合物 、せん断力等により化合物の構造が断裂された結果、遊離基を生成可能な化合物が 好ましい。
[0042] 本発明で使用される遊離基を備えている力または生成することができる有機化合物 については、その分子量が 50以上であることが好ましぐ上限としては 1500以下で あることが好ま 、。このような分子量の範囲の有機化合物を採用することによって、 ある程度大きい分子量の有機化合物で表面を置換したカーボンブラックとすることが でき、形成された一次粒子の再凝集を抑制することができる。また、分子量として 150 0以下のものとすることにより、過度な表面改質とならず、表面にグラフト化された有機 化合物の特性が過度に発揮されることなぐカーボンブラック自体の保有する特性を 十分に発揮させることができる。
[0043] 上記表面処理工程とグラフト工程で使用される前記有機化合物は同一でも、異な つていても良いし、それぞれの工程に複数種の有機化合物を添加しても良い。反応 温度の制御やその他の条件を簡素化するために、表面処理工程とグラフト工程で使 用する有機化合物は同一であるほうが望ましい。
[0044] 前記有機化合物の例としては、フエノール系化合物、アミン系化合物、リン酸エステ ル系化合物、チォエーテル系化合物のカーボンブラック表面の遊離基を捕捉するこ とができる有機化合物をあげることができる。
[0045] これらの有機化合物としては、いわゆる酸ィ匕防止剤、光安定剤が好ましい。さらに 好ましくは、ヒンダードフエノール、ヒンダードアミン系をあげることができる。また、リン 酸エステル系化合物、チオール系化合物、チォエーテル系化合物の酸化防止剤も 使用することができる。これらの有機化合物は複数組み合わせて使用してもよい。そ の組み合わせにより、表面処理の特性を種々発揮させることもできる。
また、これらの有機化合物は、反応を確実に制御するために、イソシァネート基を持 たないことが好ましい。すなわち、過度な反応性を有する有機化合物を使用した場合 には均一なグラフト化反応が形成されにくくなつてしまい、反応時間や有機化合物量 を多量に使用しなくてはならなくなる場合がある。この理由として明確ではないが、前 述の様な反応性の高い有機化合物を使用した場合には、表面活性点以外にも反応 が進行してしまい、本来の目的である機械的剪断力により形成された活性点への反 応が不十分となってしまうためと推定される。
[0046] 前記有機化合物の具体例を以下に示す。
[0047] フ ノール系化合物 (有機化合物 1〜88) (有機化合物 1)
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(有機化合物 2)
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(有機化合物 3)
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(有機化合物 4)
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(有機化合物 5)
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(有機化合物 6)
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(有機化合物 7)
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(有機化合物 9)
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(有機化合物 10)
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(有機化合物 13)
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(有機化合物 14)
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(有機化合物 15)
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(有機化合物 16)
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(有機化合物 17)
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(有機化合物 18)
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(有機化合物 19)
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(有機化合物 20)
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(有機化合物 21)
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(有機化合物 22)
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(有機化合物 23)
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(有機化合物 24)
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(有機化合物 25)
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(有機化合物 26)
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(有機化合物 27)
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(有機化合物 28)
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(有機化合物 29)
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(有機化合物 30)
Figure imgf000019_0006
(有機化合物 31)
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(有機化合物 33)
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(有機化合物 34)
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(有機化合物 35)
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(有機化合物 37)
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(有機化合物 38)
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(有機化合物 39)
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(有機化合物 40)
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(有機化合物 41)
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(有機化合物 42)
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(有機化合物 43)
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(有機化合物 44)
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(有機化合物 46)
HO— (^^0-CH3 (有機化合物 47)
Figure imgf000023_0001
(有機化合物 49)
Figure imgf000023_0002
(有機化合物 50)
Figure imgf000023_0003
(有機化合物 51)
OH OH 化合物
Figure imgf000023_0004
(有機化合物 53)
Figure imgf000024_0001
(有機化合物 54)
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(有機化合物 55)
Figure imgf000024_0003
(有機化合物 56)
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(有機化合物 57)
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(有機化合物 58)
Figure imgf000024_0006
(有機化合物 59)
Figure imgf000024_0007
(有機化合物 60)
Figure imgf000025_0001
(有機化合物 61)
Figure imgf000025_0002
(有機化合物 62) on
Figure imgf000025_0003
(有機化合物 63)
Figure imgf000025_0004
R= C9H 19
(有機化合物 64)
Figure imgf000025_0005
CH,
(有機化合物 65)
Figure imgf000025_0006
(有機化合物 66)
Figure imgf000025_0007
(有機化合物 67)
Figure imgf000026_0001
(有機化合物 75)
Figure imgf000027_0001
(有機化合物 76)
Figure imgf000027_0002
(有機化合物 77)
Figure imgf000027_0003
(有機化合物 78)
(CH
Figure imgf000027_0004
(有機化合物 79)
Figure imgf000027_0005
(有機化合物 80)
Figure imgf000027_0006
(有機化合物 81)
Figure imgf000028_0001
(有機化合物 82)
Figure imgf000028_0002
(有機化合物 83)
Figure imgf000028_0003
(有機化合物 84)
Figure imgf000028_0004
(有機化合物 85)
Figure imgf000028_0005
(有機化合物 86)
Figure imgf000028_0006
(有機化合物 87)
Figure imgf000029_0001
アミン系化合物
(有機化合物 89〜： 144) (有機化合物 89)
Figure imgf000029_0002
(有機化合物 90)
Figure imgf000029_0003
(有機化合物 91)
Figure imgf000029_0004
(有機化合物 92)
Figure imgf000029_0005
(有機化合物 93) -HN-
R' 、R R= C7H15
(有機化合物 94)
Figure imgf000030_0001
R= CSH17 (有機化合物 95)
Figure imgf000030_0002
R= CgH-ig
(有機化合物 96)
Figure imgf000030_0003
R= C10H2-|
(有機化合物 97)
Figure imgf000030_0004
(有機化合物 98)
Figure imgf000030_0005
(有機化合物 99)
Figure imgf000030_0006
(有機化合物 100)
Figure imgf000030_0007
(有機化合物 101)
Figure imgf000031_0001
(有機化合物 102)
Figure imgf000031_0002
(有機化合物 103)
Figure imgf000031_0003
(有機化合物 104)
Figure imgf000031_0004
(有機化合物 105)
Figure imgf000031_0005
(有機化合物 106)
Figure imgf000031_0006
R= C7H15 (有機化合物 107)
Figure imgf000031_0007
R= CSH17 (有機化合物 108)
Figure imgf000031_0008
R= C9H 9 (有機化合物 109) α ΝΗ - CH2 - CH2 - NH- ΗΓΪ し-
(有機化合物 110) r^^— NH-CH2-CH2-NH-
(有機化合物 111)
Figure imgf000032_0001
(有機化合物 112)
Figure imgf000032_0002
(有機化合物 113)
Figure imgf000032_0003
(有機化合物 114)
Figure imgf000032_0004
(有機化合物 115)
Figure imgf000032_0005
(有機化合物 116)
Figure imgf000032_0006
(有機化合物 117)
Figure imgf000033_0001
(有機化合物 118)
Figure imgf000033_0002
(有機化合物 119)
Figure imgf000033_0003
(有機化合物 120)
Figure imgf000033_0004
(有機化合物 121) H2
Figure imgf000033_0005
(有機化合物 122)
Figure imgf000033_0006
(有機化合物 123)
CH〇HCH3)2
Figure imgf000033_0007
(有機化合物 124)
CH3
Figure imgf000033_0008
(有機化合物 125)
Figure imgf000033_0009
(有機化合物 126)
Figure imgf000034_0001
(有機化合物
Figure imgf000034_0002
(有機化合物 128)
Figure imgf000034_0003
(有機化合物 131)
Figure imgf000035_0001
(有機化合物 132)
Figure imgf000035_0002
(有機化合物 135)
Figure imgf000035_0003
(有機化合物 136)
Figure imgf000035_0004
(有機化合物 137)
Figure imgf000035_0005
(有機化合物 138)
Figure imgf000036_0001
(有機化合物 139)
Figure imgf000036_0002
(有機化合物 140)
Figure imgf000036_0003
(有機化合物 141)
Figure imgf000036_0004
R= — NHC6H4NHC6H5 、 — OC6H4NHC6H5 (有機化合物 142)
Figure imgf000036_0005
(有機化合物 143)
Figure imgf000037_0001
(有機化合物 144)
Figure imgf000037_0002
チオール系及びチォエーテル系化合物
(有機化合物 145〜153)
(有機化合物 145)
Figure imgf000037_0003
(有機化合物 146)
Figure imgf000037_0004
(有機化合物 147)
Figure imgf000037_0005
(有機化合物 148)
Figure imgf000037_0006
(有機化合物 149)
Figure imgf000037_0007
(有機化合物 150)
Figure imgf000038_0001
(有機化合物 151)
Figure imgf000038_0002
(有機化合物 152)
CH CH 2 - COO - 12H 15 s
CH2— CH2- COO- C12H15
(有機化合物 153)
CH CH 2 - COO - C-| H 37 s
CH2— CH2— COO- C1SH37 リン酸エステル系化合物 (有機化合物 154 160) (有機化合物 154)
Figure imgf000038_0003
(有機化合物 155)
Figure imgf000038_0004
(有機化合物 156)
Figure imgf000038_0005
(有機化合物 157)
Figure imgf000039_0001
(有機化合物 158)
Figure imgf000039_0002
(有機化合物 159)
Figure imgf000039_0003
(有機化合物 160)
Figure imgf000039_0004
フエノール系有機化合物
(有機化合物 161)
Figure imgf000039_0005
[0048] <組成物、着色用組成物、導電性組成物 >
組成物、着色用組成物、導電性組成物について説明する。以下、特段の説明がな い限り、カーボンブラック糸且成物とは、上記組成物、着色用組成物、導電性組成物を 指すものとする。
[0049] カーボンブラック組成物は、本発明のカーボンブラックと媒体とを含む組成物であり 、媒体としては特定の材料に限られるものではなぐ一般に入手可能な媒体を利用 可能である。カーボンブラック組成物の具体的な形態は、その媒体が例えば、液相 状、固相状、ガラス相状など適用される工業分野によってさまざまな相状態をとること ができる。媒体が固相状或いはガラス相状である場合、カーボンブラック組成物の形 状は、粉状、顆粒状、フィルム状、板状、繊維状、線状、管状、棒状、等の所望の形 状とすることができる。最終的な形態形状への加工は、適用される工業分野で通常 利用されている方法を採用することができる。
[0050] カーボンブラック組成物は、カーボンブラック組成物自体を所望の形状に成形し、 適用する工業分野の物品の部材又は部品としてそのまま適用することができる。さま ざまな形状の物体への成形は、公知の方法を採用できる。また、固体状カーボンブラ ック組成物を静電的に支持体上に付着後、定着させてカーボンブラック組成物層を 形成しても良 、し、支持体上に薄膜に成形したカーボンブラック組成物でラミネートし てもよい。
[0051] また、液状のカーボンブラック組成物にっ 、ては、例えば、榭脂、金属、紙などの支 持体上に液状カーボンブラック組成物層を形成する場合には、塗布装置を用いて支 持体上に液状カーボンブラック組成物層を形成する方法、液状カーボンブラック中に 支持体を浸漬して塗布層を形成する方法などを、液状カーボンブラック組成物を定 着させる場合には、液状カーボンブラック組成物を支持体に射出して定着させる方 法などを利用可能である。
[0052] 上記カーボンブラック組成物自体を成形して使用する場合に、最終的なカーボン ブラック組成物の成型物は均一な着色性や導電性を示す。また、着色用組成物の場 合、その着色用組成物を適用して最終的に得られる画像、塗布物などの着色物は均 一な着色性を示すことができる。導電性組成物の場合、最終的に得られる物体は、 均一な導電性を奏することが可能となる。
[0053] カーボンブラックを分散する媒体としては、水、水系媒体、有機溶媒、公知の天然 榭脂、合成樹脂を選択可能である。
水系媒体としては、メタノール、エタノール、イソプロパノール、 n—プロパノールなど のアルコール類、エチレングリコール、ジエチレングリコール、グリセリンなどのグリコ ール類、酢酸ェチル、酢酸プロピル等のエステル類、アセトン、メチルェチルケトン等 のケトン類、 N, N ジメチルホルムアミド等のアミド類など、水に対して通常 10%以 上溶解し得る有機溶媒を含む水溶液が挙げられる。
また、水又は水系媒体には、界面活性剤を含ませても良い。
[0054] 公知の天然榭脂、合成樹脂としては、例えば、ポリオレフイン系榭脂、エラストマ一 系榭脂、ポリスチレン系榭脂、エンジニアリングプラスチック、スーパーエンジニアリン グプラスチック等の熱可塑性榭脂に用いることができる。
具体的には、ポリオレフイン系熱可塑性榭脂としては、ォレフィンの単独もしくは共 重合体の他、他のモノマーとの共重合体などを含み、例えば高、中、低圧法により製 造された高、中、低密度ポリエチレン、直鎖状低密度ポリエチレンなどのポリエチレン 榭脂、ポリプロピレン榭脂、ポリ 1, 2—ブタジエン榭脂、エチレンーブテン共重合 体、ェチルー、プロピル ブチルーの各アタリレートもしくはメタタリレートとの共重 合体、またこれらをそれぞれ塩素化したもの、あるいはこれらの 2種以上の混合物な どが挙げられる。ポリオレフイン系熱可塑性榭脂の中でも、ポリエチレン榭脂、ポリプ ロピレン樹脂が好ましい。
[0055] また、エラストマ一系熱可塑性榭脂としては、エチレンプロピレン系エラストマ一、 E PDM系エラストマ一等のォレフィン系エラストマ一、スチレン ブタジエン スチレン 、スチレン イソプレン スチレン等のスチレン系エラストマ一、ポリアミド系、ウレタン 系熱可塑性榭脂等が挙げられる。また、ポリスチレン系熱可塑性榭脂としては、ポリス チレン、 ABS、 AS、 AAS榭脂等が挙げられる。その他汎用榭脂としては、 PVC、 E EA、 EVA, AES、エチレンビュルアルコール榭脂等が挙げられる。
[0056] また、エンジニアリングプラスチックとしては、 6—、 6, 6—、 6, 10 12—、 MXD
ナイロン榭脂等のポリアミド榭脂、ポリカーボネート榭脂、ポリエチレンテレフタレー ト榭脂、ポリブチレンテレフタレート榭脂等のポリエステル榭脂、ポリアセタール榭脂、 変性ポリフエ-レンエーテル榭脂等が挙げられる。また、スーパーエンジニアリングプ ラスチックスとしては、ポリサルフォン榭脂、変性ポリサルフォン榭脂、ポリアリルサルフ オン榭脂、ポリケトン樹脂、ポリエーテルイミド榭脂、ポリアリレート榭脂、ポリフエ二レン スルフイド榭脂、液晶ポリマー、ポリエーテルサルフォン榭脂、ポリエーテルエーテル ケトン樹脂、ポリイミド榭脂、ポリアミドイミド榭脂、フッ素榭脂等が挙げられる。
[0057] その他、ポリオキシアルキレン榭脂、ポリシロキサン榭脂、ポリウレタン榭脂、ポリアリ ル榭脂、アクリル系榭脂、ビニル系榭脂、スチレン系榭脂、フエノキシ榭脂、エポキシ 榭脂、繊維素系榭脂、ポリエステル榭脂、アミノ榭脂等が挙げられる。上記榭脂は、こ れらを単独ある 、は 2種以上混合して用いることができる。
[0058] また、カーボンブラック組成物を構成する榭脂は、官能基を有することが好ま 、。
官能基としてはカルボキシル基、スルホン酸基、リン酸基、ホウ酸基、アミノ基等が挙 げられる。官能基は、表面処理したカーボンブラックを使用する場合に、カーボンブ ラックの表面処理剤との親和性を向上させることが可能となり、カーボンブラックの分 散性を向上させることの他、分散工程をより容易に行うことができる。
[0059] カーボンブラック組成物における榭脂の含有量は、表面処理カーボンブラック 100 重量部に対して 1〜200重量部であることが好ましぐ 5〜50重量部であることがより 好ましい。
[0060] また、カーボンブラック糸且成物には、表面処理カーボンブラックに対する樹脂の吸 着の促進、および組成物の低粘度化を目的として、有機溶剤を含有させてもよい。有 機溶剤としては、芳香族炭化水素類、アルコール類、エステル類、エーテル類、ケト ン類、グリコールエーテル類、脂環式炭化水素類、脂肪族炭化水素類等を用いるこ とがでさる。
[0061] カーボンブラック糸且成物は、上記カーボンブラックと上記媒体とを混合撹拌すること により製造することができる。混合撹拌の方法には特に制限はなぐ乾式分散法また は湿式分散法により行うことができる。乾式分散法による製造に用いる粉砕機または 分散機としては、せん断応力によりカーボンブラック粒子を微分散させる 3本ロールミ ルゃ 2本ロールミル、高速気流中でカーボンブラック粒子同士またはカーボンブラッ ク粒子と榭脂ゃ分散機壁面の衝突力により分散させるハイブリダィゼーシヨンシステ ム、強力な圧縮力の中で強いせん断力により微分散させるメカノヒユージョンシステム ゃシータコンポーザー、ガラスビーズやジルコユアビーズなどのメディアの衝撃力に よりカーボンブラック粒子を微分散させるボールミルやアトライター、 CFミルなどを挙 げることができる。 [0062] また、特に熱可塑性榭脂を用いる場合には、本発明のカーボンブラックと熱可塑性 榭脂とを樹脂の溶融温度以上で混練し、冷却後、ペレット状、粉末状、塊状等、適当 な形状に成形する方法が挙げられる。混練装置としては、単軸押出機、二軸押出機 、二本ロールミル、バンバリ一ミキサー、インターミックス、力!]圧-一ダ一等の公知の装 置が挙げられる。また、インジェクション成形、真空成形、ブロー成形、インフレーショ ン成形等公知の成形法により成形することにより、シート状、フィルム状、板状、異形 状等用途に応じた形状の導電性熱可塑性榭脂成形体、フィルムまたはシートが得ら れ、各種用途に用いられる。
[0063] カーボンブラック組成物の形態の加工方法は特に制限がなぐ公知の方法を使用 可能である。
[0064] また、湿式分散法による製造に用いる粉砕機または分散機としては、前記 3本ロー ルミルゃ 2本ロールミル、ボールミル、アトライターの他ガラスビーズゃジルコ-アビー ズなどのメディアの衝撃力によりカーボンブラック粒子を微分散させるサンドミル、ノ スケットミル、ペイントコンディショナーなどや、せん断応力、キヤビテーシヨン、衝突力 、ポテンシャルコアなどを発生させるような回転羽根によって微分散させるデイスパー 、ホモジナイザー、ジーナス、クレアミックス (R)や、カーボンブラック粒子同士または カーボンブラック粒子と榭脂ゃ分散機壁面の衝突力やせん断力によって微分散させ るニーダー、エタストルーダー、ジェットミルなどや、超音波により微分散させる超音波 分散機などを挙げることができる。
[0065] カーボンブラック組成物には、耐熱性、寸法安定性、剛性、靱性、耐衝撃性、機械 的強度を向上させるために、マイ力、ガラス繊維、シリカ、タルク、炭酸カルシウム、酸 化亜鉛、硫酸バリウム、ステンレス、酸化銅、ニッケル、酸化ニッケル、珪酸ジルコユア 等の無機充填剤を配合することもできる。
[0066] また、熱可塑性榭脂と本発明のカーボンブラックの混練時や経時の劣化や成形性 を改良する目的で、公知のフ ノール系、リン系等の酸ィヒ防止剤、金属石鹼、脂肪酸 アマイド誘導体等の滑剤、等の成形、加工助剤や用途に応じて公知の難燃剤や可 塑剤等を用いることもできる。
[0067] カーボンブラック組成物の利用分野としては、着色による遮光性、漆黒性等が要求 される分野や導電性の制御を要求される分野、例えば、グラビアインキ、オフセットィ ンキ、磁気記録媒体用バックコート、電子写真用材料、自動車用塗料、繊維'プラス チック形成材料、電磁波シールド材、高圧ケーブルの被覆材、イダ-ッシヨンコード、 面状発熱体、面状スィッチ、電極等の導電性材料の他、電子機器や IC等の包装材 料や試験用の保持材への応用など多くの分野に利用することができるが、特には画 像形成用着色材料や画像形成装置を構成する部材への適用が好まし ヽ。
発明を実施するための最良の形態
[0068] 以下においては実施例に基づき本発明について更に記述する。本実施例は本発 明を限定するものではな 、。
[0069] [実施例 1]
カーボンブラック (N220、三菱ィ匕学株式会社製:フ レ径の個数平均粒径 = 210η m)と同カーボンブラックに対して 100重量部に対して有機化合物 48 (分子量 = 741 、融点 = 125°C) 50重量部を添加し、二軸押し出し機に投入した。この二軸押し出し 機は、 2本のスクリューにて混合するもので、 PCM— 30 (池貝製作所製)を使用した 。連続式に混練できる構成とはせず、出口を密閉し 2本のスクリューにて攪拌すること ができるように改造したものである。両者を充満度が 94%となるように装置内に投入 後、第一温度 (Tpl) 160°C (融点 + 35°C)に加熱した状態で、攪拌を行った。
攪拌条件において、第一攪拌速度 (Svl)は、スクリュー回転を毎分 30回転として、 第一処理時間 (T1)として 10分間設定し、攪拌処理を実施した。攪拌処理後、サン プリングをし、ソックスレー抽出にてグラフトイ匕の状態を確認すると、約 30%のグラフト 化率であることがわ力つた。すなわち、カーボンブラック表面にグラフトイ匕が進行して V、る状態となって 、ることが確認された。
つ!ヽで、混合装置の攪拌条件として第二攪拌速度 (Sv2)をスクリューの回転数で 毎分 50回転とし、第二温度 (Tp2)を 180°C (融点 + 55°C)とし、より機械的剪断力が 高い条件へ変更し、第二処理時間 (T2)を 60分間とし処理を行った。その後、冷却し 、処理されたカーボンブラックを取り出した。そのカーブンブラックの表面には前記有 機化合物が 91%のグラフトイ匕率でグラフトイ匕されていた。また、一次粒子が 65個数 %存在していた。また、カーボンブラックのフェレ径の個数平均粒径は 42nmであつ た。このカーボンブラックを「カーボンブラック 1」とする。
[0070] カーボンブラック組成物の製造方法
20部のカーボンブラック 1および 100部のポリエチレン榭脂（高密度ポリエチレン榭 脂（HDPE)：日本ポリオレフイン製、ジエイレタス HD KM568A(MFR: 19g/10 min, JIS— K6924— 2) )を、溶融混練し、ストランドィ匕し、冷却後ペレツタイザ一を用 V、て円柱状のカーボンブラック含有ポリエチレン榭脂 (No. 1)を得た。
[0071] [実施例 2〜4]
実施例 1において、条件を、表 1及び表 2に示す通りとした以外は同様にしてカーボ ンブラック 2, 3, 4を得た。また、これらのカーボンブラックをそれぞれ用いた以外は実 施例 1と同様にカーボンブラック組成物 (No. 2〜4)を得た。
[0072] [実施例 5]
カーボンブラック (N220、三菱ィ匕学株式会社製） 100重量部と、同カーボンブラック に対して有機化合物 47 (分子量 = 784、融点 = 221°C) 80重量部を充満度が 94% となるように、実施例 1で使用したバッチ式二軸押し出し機に投入した。ついで、 240 °C (融点 + 19°C) (Tpl)に加熱した状態で、攪拌を行った。攪拌は、攪拌速度 (Svl )をスクリュー回転で毎分 35回転とし、 15分間 (T1)攪拌処理を実施した。攪拌処理 後、サンプリングをし、ソックスレー抽出にてグラフトイ匕の状態を確認すると、約 32% のグラフトイ匕率であることがわ力つた。すなわち、表面にグラフトイ匕が進行している状 態となつていることが確認された。ついで、攪拌条件として、攪拌速度 (Sv2)をスクリ ユーの回転数で毎分 55回転とし、加熱温度 (第二温度 Tp2)を 270°C (融点 +49°C) とし、より機械的剪断力が高い条件へ変更し、処理時間 (T2)として 70分間、処理を 行った。その後、冷却し、処理されたカーボンブラックを取り出した。表面には前記有 機化合物が 72%のグラフトイ匕率でグラフト化されていた。また、一次粒子が 53個数 %存在していた。また、フェレ径の個数平均粒径は 48nmであった。このカーボンブ ラックを「カーボンブラック 5」とする。このカーボンブラックを用いた以外は、実施例 1と 同様にカーボンブラック組成物 (No. 5)を得た。
[0073] [実施例 6〜9]
実施例 1において、条件を、表 1及び表 2に示す通りとした以外は同様にしてカーボ ンブラック 6〜9を得た。また、これらのカーボンブラックをそれぞれ用いた以外は実施 例 1と同様にカーボンブラック組成物 (No. 6〜9)を得た。
[0074] [実施例 10]
実施例 1において、カーボンブラック (N220、三菱ィ匕学株式会社製)の代わりに Ra venl035 (コロンビア化学工業社製）とし、その他の条件を、表 1及び表 2に示す通り とした以外は同様にしてカーボンブラック 10を得た。このカーボンブラックを用いた以 外は、実施例 1と同様にカーボンブラック組成物 (No. 10)を得た。
[0075] [実施例 11]
実施例 5において、カーボンブラック (N220、三菱ィ匕学株式会社製)の代わりに Ra venl035 (コロンビア化学工業社製）とし、その他の条件を、表 1及び表 2に示す通り とした以外は同様にしてカーボンブラック 11を得た。このカーボンブラックを用いた以 外は、実施例 1と同様にカーボンブラック組成物 (No. 11)を得た。
[0076] [実施例 12〜13]
実施例 1において、条件を表 1及び表 2に示す通りとした以外は同様にしてカーボ ンブラック 12〜 13を得た。また、これらのカーボンブラックをそれぞれ用いた以外は 実施例 1と同様にカーボンブラック組成物 (No. 12〜 13)を得た。
[0077] [比較例 1]
表面処理及びグラフト工程を受けて ヽな 、カーボンブラック (N220、三菱化学株式 会社製)をカーボンブラック 14とする。このカーボンブラックを用いた以外は、実施例 1と同様にカーボンブラック組成物 (No. 14)を得た。
[0078] [比較例 2]
実施例 1において、第一処理時間 (T1) 1分経過後、試料を取り出した。このものを カーボンブラック 15とする。このカーボンブラックを用いた以外は、実施例 1と同様に カーボンブラック組成物（No. 15)を得た。
[0079] [比較例 3]
実施例 1において、有機化合物を、遊離基が発生しないステアリン酸 (分子量 = 28 4、融点 = 70°C) (比較化合物 1)に変更した以外は、同様に処理した。このものを力 一ボンブラック 16とする。このカーボンブラックを用いた以外は、実施例 1と同様に力 一ボンブラック組成物（No. 16)を得た。
[0080] [比較例 4]
比較例 3のカーボンブラック 16において、出発材料のカーボンブラックをフェレ径の 個数平均粒径が 500 mのカーボンブラックに、変更した以外は、同様に処理した。 この処理したカーボンブラック 200部を、 100部のカーボンブラック 1に、に混合して、 フ レ径の個数平均径が 320 μ m、一次粒子の個数割合 15%のカーボンブラックを 作成した。このものをカーボンブラック 17とする。このカーボンブラックを用いた以外 は、実施例 1と同様にカーボンブラック組成物 (No. 17)を得た。
[0081] 各カーボンブラック 1〜17におけるカーボンブラックのフェレ径の個数平均粒径、一 次粒子の個数割合を表 3に示した。
[0082] [表 1]
Figure imgf000047_0001
[0083] [表 2] 第二攪拌
A― /皿 &■有機化合物 処理時間
速度
条件 ) 融点との差 (分） グラフト率
(回転数/分)
Tp2 O T2
Sv2
実施例 1 180 +55 50 60 91
実施例 2 190 +65 55 60 93
実施例 3 220 +95 60 60 95
実施例 4 220 +65 65 60 97
実施例 5 270 +49 55 70 72
実施例 6 266 +80 60 70 83
実施例 7 174 +90 55 40 93
実施例 8 265 +70 50 60 94
実施例 9 210 +78 50 40 91
実施例 10 190 +65 60 40 94
実施例 11 250 +29 55 40 90
実施例 12 180 50 40 65
実施例 13 190 +65 55 10 35
比較例 1 ― ― ―
比較例 2 ― ― 2
比較例 3 125 +55 50 30 0
[0084] [評価]
評価 1)体積抵抗値のムラ
上記で得られたカーボンブラック組成物 1〜 17をそれぞれ、 200°Cにてプレス成形 することにより、 lOcmX IOcm X O. 2cmの評価用サンプルを作製した。
評価用サンプル 10点の体積固有抵抗値を日本ゴム協会 SRIS— 2301に準じて測 定し、導電性のばらつきについて評価した。
評価基準は以下の通りである。
A： 10サンプルの体積固有抵抗値のばらつきが ± 1 %未満
B： 10サンプルの体積固有抵抗値のばらつきが ± 1%以上 5%未満
C： 10サンプルの体積固有抵抗値のばらつきが ± 5%を越えるもの
[0085] 評価 2)着色ムラ評価 上記で得られたカーボンブラック組成物 1〜 17をそれぞれ、 200°Cにてプレス成形 することにより、 30cm X 30cm X O. 1cmの評価用サンプルを 10点ずつ作製した。
[0086] これらをサクラ濃度計 PDA— 62 (コ-力ミノルタ株式会社製）にて、透過濃度を測 定し、各組成物のサンプル同士の差を測定した。評価結果はその差の最大値を採用 した。透過濃度の差が 0. 10以上となると、濃度ムラが目立っため、実用的ではなく なる。
[0087] 評価 3)光沢度ムラ評価
上記で得られたカーボンブラック組成物 1〜 17をそれぞれ、 200°Cにてプレス成形 することにより、 lOcmX IOcm X O. 2cmの評価用サンプルを作製した。
これらのサンプルを用いて光沢度のばらつきを光沢計（日本電色工業株式会社製) を用いて評価をおこなった。尚、表面光沢度を測定角 20° で測定した。
評価基準は以下の通りである。
A： 10サンプルの光沢度のばらつきが ± 3%以内
B： 10サンプルの光沢度のばらつきが士 3を越え 6%以内
C： 10サンプルの光沢度のばらつきが ± 6%を越えるもの
[0088] これら評価 1)、 2)の結果を表 3に示す。
これらの結果を表 3に示す。
[0089] [表 3]
力" "ホ"ンフ"ラックの Λ—ホ'ン: 7'ラックの
力一木'ンフラックの 体積
フェレ径の 一次粒子の
—次粒子の 抵抗値の 普色ムラ 光沢度 フ 個数平均粒径 フェレ径の
個数割合（％) ムラ
(nm) 平均粒径 (nm)
実施例 1 42 65 25 A 0,03 A 実施例 2 40 72 25 A 0.02 A 実施例 3 39 89 25 A 0.02 A 実施例 4 28 98 25 A 0.01 A 実施例 5 48 53 28 A 0.02 A 実施例 6 47 87 28 A 0.02 A 実施例 7 41 89 28 A 0.01 A 実施例 8 29 97 28 A 0.01 A 実施例 9 36 77 28 A 0.02 A 実施例 10 32 87 28 A 0.01 A 実施例 11 33 83 28 A 0.01 A 実施例 12 80 35 25 A 0.02 A 実施例 13 180 7 25 B 0.08 B 比較例 1 210 0 ― C 0.22 C 比較例 2 210 1 測定できず C 0.23 c 比較例 3 210 0 c 0.22 c 比較例 4 320 15 25 c 0.12 B
[0090] 表 3から理解される通り、実施例 1〜13では、比較例 1〜4に比べて、導電性ムラ、 着色性ムラ、光沢ムラ共に改善していた。
[0091] [実験 2]
[実施例 14]
実施例 1で作製されたカーボンブラック 1、 20質量部、分散剤（Solspersel7000 ( Avecia製)） 5部、媒体 (IsoparL (ェクソン社製) ) 75部を超音波分散し、カーボン ブラック組成物 18を作製した。このカーボンブラック組成物 18をスプレー塗布し、紙 を着色した。
[0092] [比較例 5〜8]
実施例 14において、カーボンブラック 14〜17をそれぞれ使用した以外は、同様に カーボンブラック組成物 19〜22を作製し、また同様に紙を着色した。
[0093] これらの着色紙にっ 、て、濃度ムラを目視判定した。
A：濃度ムラは全く見られな!/、
B：僅かに濃度ムラが見られる。
C :明らかに濃度ムラが見られ、大部分の人が確認できる。
D：顕著な濃度ムラが見られる。
[0094] [表 4]
Figure imgf000051_0001
[0095] 上記の結果のように、液状のカーボンブラック組成物を用いた場合でも、実施例 14 では良好な着色性が得られた力 比較例 5〜8は良好な効果を得ることはできなかつ た。
[0096] [発明の効果]
本発明では、比較的良好な分散性及び相容性を備えているば力りではなく着色性 や導電性が均一な組成物又はその組成物を利用した最終形態における着色性や導 電性を均一とすることができる組成物を提供することができる。この組成物はさまざま な工業分野への適用が可能である。
図面の簡単な説明
[0097] [図 1]フ レ径の説明図
[図 2]二次粒子と基本粒子の説明図
[図 3]—次粒子の説明図
[図 4]従来のカーボンブラックの説明図

Claims

請求の範囲
[1] フェレ径の個数平均粒径が 5〜300nmであり、かつ一次粒子を個数基準で 5%以 上であるカーボンブラックを含有することを特徴とする組成物。
[2] 前記カーボンブラックの表面が有機化合物で表面処理されて 、ることを特徴とする 請求項 1に記載の組成物。
[3] 前記有機化合物が、少なくともフ ノール系化合物及びまたはアミン系化合物を含 むことを特徴とする請求項 2に記載の組成物。
[4] フ レ径の個数平均粒径が 5〜300nmであり、かつ一次粒子を個数基準で 5%以 上であるカーボンブラックを含有することを特徴とする着色用組成物。
[5] 前記カーボンブラックの表面が有機化合物で表面処理されて 、ることを特徴とする 請求項 4に記載の着色用組成物。
[6] 前記有機化合物が、少なくともフ ノール系化合物及びまたはアミン系化合物を含 むことを特徴とする請求項 5に記載の着色用組成物。
[7] フェレ径の個数平均粒径が 5〜300nmであり、かつ一次粒子を個数基準で 5%以 上であるカーボンブラックを含有することを特徴とする導電性組成物。
[8] 前記カーボンブラックの表面が有機化合物で表面処理されて 、ることを特徴とする 請求項 7に記載の導電性組成物。
[9] 前記有機化合物が、少なくともフ ノール系化合物及びまたはアミン系化合物を含 むことを特徴とする請求項 8に記載の導電性組成物。
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