JP2001311019A

JP2001311019A - 有機基を有するカーボンブラック、その製法及びその使用

Info

Publication number: JP2001311019A
Application number: JP2001073015A
Authority: JP
Inventors: Klaus Bergemann; ベルゲマンクラウス; Egon Fanghaenel; ファングヘーネルエゴン; Thomas Luthge; リュートゲトーマス; Karl Dr Vogel; フォーゲルカール
Original assignee: Degussa GmbH
Current assignee: Evonik Operations GmbH
Priority date: 2000-03-16
Filing date: 2001-03-14
Publication date: 2001-11-09
Also published as: ATE382665T1; EP1136526B1; DE10012784A1; US20010036994A1; DE50113421D1; EP1136526A1

Abstract

(57)【要約】【課題】有機基を有するカーボンブラック及びその製
法【解決手段】有機基が少なくとも１個のスルフィド−
及び／又はポリスルフィド橋を介してカーボンブラック
と結合している有機基を有するカーボンブラック。カー
ボンブラックと一般式Ｒ−Ｓ_ｙ−Ｒの化合物とを反応さ
せることにより本発明のカーボンブラックは製造され
る。【効果】本発明によるカーボンブラックは、填料、Ｕ
Ｖ−安定剤、導電性カーボンブラック及び顔料として使
用することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、カーボンブラッ
ク、その製法及びその使用に関する。

【０００２】

【従来の技術】１級アミンを介して得られるジアゾニウ
ム基を用いて有機基をカーボンブラックと結合させる方
法で、有機基を有するカーボンブラックを提供すること
は公知である（ＷＯ９６／１８６８８）。

【０００３】この公知法は、次の欠点を有する：＊ジアゾニウム塩を用いる変性はもっぱら水相中で行
なわれる。水の高い蒸発エンタルピーに基づき、引き続
き必要である乾燥は多大なエネルギーを消費し、従って
高いコストに結びつく。

【０００４】＊特有の変性試薬と共に、ｐＨ値の調節
のためにもっぱら付加的な酸を使用しなければならな
い。この酸は、カーボンブラックに結合されず、カーボ
ンブラック中の不純物であるか又は精製工程により除去
しなければならない。

【０００５】＊ジアゾ化の実施のために、酸性媒体中
の亜硝酸塩の使用が必要である。この場合に有毒な窒素
酸化物が生じることがありうる＊同様にジアゾ化のために使用可能な非イオン性有機
ニトライトは、部分的に有毒であり、かつ容易に燃焼可
能である。ニトライトの残基（反対イオン、アルキル
基）は、結合せずに不純物としてカーボンブラック中に
残る。

【０００６】Kautschuk Gummi Kunststoffe 10, 681-6
87 (1999) から、ラジカル形成剤としてのＤＣＰの使用
下で、脂肪酸とカーボンブラックとのラジカル反応によ
り得られる変性されたカーボンブラックが公知である。

【０００７】更に、下記に示すようなラジカル形成剤に
より製造される、化学的に結合した官能基を有するカー
ボンブラックが公知である：・ペルオキシド性ポリマー（特開平（ＪＰ）１１−３
３５６０３）、・アゾ基含有ポリマー（特開平１１−３３５６０
２）、・Ａ１−Ｏ−Ｏ−Ａ２（Ａ１、Ａ２＝ヒドロカルビ
ル、アリール、ヘテロ環）（特開平１１−３３５５８
７）、・Ａ１−ＯＣＯＯ−Ａ２（特開平１１−３３５５８
６）、・ジアシルペルオキシド（特開平１１−３３５６０
１）、・ペルオキシジカーボネート誘導体を用いる酸化（特
開平１１−３２３１７９）、・アゾニトリル化合物（特開平１１−３２３１７
６）、・アゾ化合物（特開平１１−３２３２２９）、・ヒドロペルオキシド（特開平１１−３２３２２
２）、・テトラオキサシクロヘキサン（特開平１１−３２３
１８０）、・次亜硝酸の化合物（特開平１１−３２３１７８）お
よび・アジド化合物（特開平１１−３２３１７７）。

【０００８】ＥＰ０５６９５０３から、ジアゾニウム
塩の電気化学的還元により芳香族基を有する炭素含有物
質を表面変性する方法が公知である。

【０００９】アジド−、アゾ−又はペルオキシド化合物
の欠点は、低い貯蔵安定性、易分解性及びそれに伴う困
難な取り扱い性である。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、有機
基を有するカーボンブラックを提供することであり、こ
の際、本発明によるカーボンブラックは、酸、塩及び類
似の化合物で不純化されておらず、このカーボンブラッ
クは、高いエネルギー消費で乾燥する必要はなく、変性
時に有害な廃ガスを生ぜず、容易に除去可能な溶剤を必
要としないか又は少量必要とするだけであり、溶剤無し
でこの変性が可能であり、この変性剤は貯蔵安定であ
り、良好な取り扱い性を有する。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明の目的物は、有機
基が少なくとも１個のスルフィド−及び／又はポリスル
フィド橋を介してカーボンブラックと結合していること
を特徴とする有機基を有するカーボンブラックである。

【００１２】有機基を有するこのカーボンブラックは、
次式を有することができる：カーボンブラック−Ｓ_ｘ−Ｒ［式中、Ｒは、アルキル、Ｙで官能化されたアルキル、
ポリマー、環状有機基、アリール、Ｙで官能化されたア
リールＡｒＹ_ｎ（ここで、ｎ＝１〜５である）であり、
Ｙは−ＯＨ、−ＳＨ、−ＳＯ_３Ｈ、−ＳＯ_３Ｍ、−Ｂ
（ＯＨ）_２、−Ｏ（ＣＨ_２−ＣＨ_２−Ｏ）_ｎ−Ｈ、−Ｃ
ＯＯＨ、−ＣＯＯＭ、−ＮＨ_２、−ＮＲ^２ _２、−Ｎ
（（ＣＨ_２−ＣＨ_２−Ｏ）_ｎＨ）_２、−ＣＯＮ（（ＣＨ
_２−ＣＨ_２−Ｏ） _ｎＨ）_２、トリアルコキシシリル、ペ
ルフルオロアルキル、Ｒ^２、−ＮＨ_３ ^＋、−Ｎ
Ｒ^２ _３ ^＋、−ＳＯ_２−ＮＲ^２ _２、−ＮＯ_２、−Ｃｌ、−
ＣＯ−ＮＲ^２ _２、−ＳＳ−、−ＳＣＮであり、Ｒ^２は脂
肪族基、例えばアルカン、アルケン、アルコール、エー
テル、アルデヒド、ケトン、カルボン酸又は炭化水素、
環状有機基、例えば脂環式炭化水素、置換又は非置換
の、分枝又は非分枝の脂肪族又は環状部分を有する有機
化合物、発色団基又は染料であり、ｘ＝１〜８、有利に
１である］。

【００１３】環状有機基は、シクロアルキル、シクロア
ルケニル、ヘテロ環式基、例えばピロリジニル−、ピロ
リニル−、ピペリジニル又はモルホリニル、アリール
基、例えばフェニル、ナフチル又はアントラセニル、並
びにヘテロアリール基、例えばイミダゾリル、ピラゾリ
ル、ピリジニル、チエニル、チアゾリル、フリール又は
インドリルであってよい。

【００１４】有利な１実施形では、有機基は珪素を含有
することはできない。

【００１５】カーボンブラックとしては、ファーネスブ
ラック、ガスブラック、チャンネルブラック、フレーム
ブラック、サーマルブラック、アセチレンブラック、プ
ラズマブラック、ＤＥ１９５２１５６５から公知のイ
ンバ−シヨンブラック、ＷＯ９８／４５３６１又はＤＥ
１９６１３７９６から公知のＳｉ−含有カーボンブラッ
ク又はＷＯ９８／４２７７８から公知の金属含有カーボ
ンブラック、アークブラック(Lichtbogenruss)および化
学的製造プロセスの副産物であるカーボンブラックを使
用することができる。このカーボンブラックは前置され
た反応により活性化することができる。

【００１６】ゴム混合物中で強化填料として使用される
カーボンブラックを使用することができる。

【００１７】ピグメントブラックを使用することができ
る。

【００１８】更なるカーボンブラックは、次のものであ
ってよい：導電性カーボンブラック、ＵＶ−安定化用カ
ーボンブラック、ゴム以外の系、例えばビチューメン、
プラスチック中の填料としてのカーボンブラック、冶金
学における還元剤としてのカーボンブラック。

【００１９】本発明のもう一つの目的物は、一般式：Ｒ
−Ｓ_ｙ−Ｒ（ここで、ｙ＝２〜１０である）の有機化合
物とカーボンブラックとの反応により得られることを特
徴とする有機基を有するカーボンブラックである。

【００２０】始めに施与された基は、引き続く反応によ
り更に変性することができる。

【００２１】本発明のもう一つの目的は、本発明による
カーボンブラックの製法であり、これは、カーボンブラ
ックと一般式Ｒ−Ｓ_ｙ−Ｒ（ここで、ｙ＝２〜１０であ
り、Ｒは前記のものであり、Ｒは同一又は異なるもので
あってよい）の化合物とを反応させることを特徴とす
る。

【００２２】一般式Ｒ−Ｓ_ｙ−Ｒの化合物として、ラジ
カル分解可能な結合を有する化合物を使用することがで
きる。

【００２３】この際、この発見された反応原理は親水性
の導入も親油性基の導入も許すので、これらの基Ｒは、
潜在的な使用分野のために特別あつらえることができ
る。これらの基は、イオン性、ポリマー性又は他の反応
のために反応性であってもよい。

【００２４】有利な１実施形では、有機基Ｒは珪素を含
有することはできない。

【００２５】一般式Ｒ−Ｓ_ｙ−Ｒを有する化合物は、混
入により又はスプレーによってカーボンブラック上に施
与することができる。一般式Ｒ−Ｓ_ｙ−Ｒを有する化合
物は、粉末、融液又は溶液として施与することができ
る。特に、カーボンブラック製造の間にこの化合物を施
与するのが有利であり、この際、この化合物の添加は、
必要な温度を有する場所で行われる。

【００２６】カーボンブラックの変性のための反応は、
有利に、溶剤無しで又は溶剤中で、有利には易揮発性有
機溶剤中で実施することができる。

【００２７】カーボンブラックの変性のための反応は、
熱処理により行うことができる。

【００２８】カーボンブラックの変性のための反応は、
０〜３００℃、有利に１５０〜２５０℃の温度で実施す
ることができる。

【００２９】有機基を有する本発明によるカーボンブラ
ックは、填料、強化填料、ＵＶ−安定剤、導電性ブラッ
クとしても、顔料としてゴム、プラスチック、印刷イン
キ、インキ、インジェクト−インキ、ラッカー、染料、
ビチューメン、コンクリート、他の建材及び紙中でも使
用することができる。更に、本発明によるカーボンブラ
ックは冶金学で還元剤として使用することができる。

【００３０】本発明によるカーボンブラックは次の利点
を有する： − 極性変性されたカーボンブラック（例えば−ＳＯ_３
−基を有する）は、極性系、有利に水中に良好に分散可
能である、 − 非極性変性されたカーボンブラック（例えばアルキ
ル基を有する）は、非極性系、例えば油中に良好に分散
可能である、 − 極性又は立体遮断性基を有する適当に変性されたカ
ーボンブラックは、その系中で静電気的又は立体的に安
定化される、 − 変性されたカーボンブラックは分散液中で良好に安
定化されており、良好な彩色特性、例えば色濃度及び青
味性（Blaustichigkeit)を有する、 − 更なる反応性置換基を有するカーボンブラックは、
系（例えばゴム）中でカップリング及び架橋のために利
用できる、 − 反応性に変性されたカーボンブラックは、ポリマー
へのこのカーボンブラックの結合を可能とする。

【００３１】本発明による方法の利点は、出発化合物の
良好な貯蔵安定性及びその簡単な取り扱い性である。

【００３２】この場合に、副産物、塩、酸及び水分の少
ない本発明によるカーボンブラックを製造することがで
きる。

【００３３】

【実施例】式Ｉ：

【００３４】

【化１】

【００３５】のジスルフィド２０ｇを、微細に分配し
て、水溶液として、ピグメントブラックＦＷ１１００
ｇ上に施与し、溶剤を除去する。引き続く固体反応を、
１８０℃又は２５０℃の炉温度で５時間実施する。収率
は９０％（１８０℃で）及び９５％（２５０℃で）であ
る。

【００３６】ピグメントブラックＦＷ１は、Degussa Hu
els社の市販製品である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｃ０９Ｄ 11/00 Ｃ０９Ｄ 11/00 (72)発明者トーマスリュートゲドイツ連邦共和国ロイナホッカーガッセ１ (72)発明者カールフォーゲルドイツ連邦共和国アルツェナウ−ミヒェルバッハアムミッテルバッハ９

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】有機基を有するカーボンブラックにおい
て、この有機基は少なくとも１個のスルフィド−及び／
又はポリスルフィド橋を介してカーボンブラックと結合
していることを特徴とする、有機基を有するカーボンブ
ラック。
【請求項２】式：カーボンブラック−Ｓ_ｘ−Ｒ［式中、Ｒはアルキル、Ｙで官能化されたアルキル、ポ
リマー、環状有機基、アリール、Ｙで官能化されたアリ
ールＡｒＹ_ｎ（ここで、ｎ＝１〜５である）であり、Ｙ
は−ＯＨ、−ＳＨ、−ＳＯ_３Ｈ、−ＳＯ_３Ｍ、−Ｂ（Ｏ
Ｈ）_２、−Ｏ（ＣＨ_２−ＣＨ_２−Ｏ）_ｎ−Ｈ、−ＣＯＯ
Ｈ、−ＣＯＯＭ、−ＮＨ_２、−ＮＲ^２ _２、−Ｎ（（ＣＨ
_２−ＣＨ_２−Ｏ）_ｎＨ）_２、−ＣＯＮ（（ＣＨ_２−ＣＨ
_２−Ｏ）_ｎＨ）_２、トリアルコキシシリル、ペルフルオ
ロアルキル、Ｒ^２、−ＮＨ_３ ^＋、−ＮＲ^２ _３ ^＋、−ＳＯ
_２−ＮＲ^２ _２、−ＮＯ_２、−Ｃｌ、−ＣＯ−ＮＲ^２ _２、
−ＳＳ−、−ＳＣＮであり、Ｒ^２は脂肪族基、環状有機
基、置換又は非置換の、分枝又は非分枝の脂肪族又は環
状部分を有する有機化合物、発色団基又は染料であり、
ｘ＝１〜８である］を有することを特徴とする、請求項
１に記載の有機基を有するカーボンブラック。
【請求項３】一般式Ｒ−Ｓ_ｙ−Ｒ（ここで、ｙ＝
２〜１０であり、Ｒは前記のものを表す）の有機化合物
とカーボンブラックとの反応により得られることを特徴
とする、有機基を有するカーボンブラック。
【請求項４】カーボンブラックと一般式Ｒ−Ｓ_ｙ−
Ｒ（ここで、ｙ＝２〜１０であり、Ｒは前記のものを表
し、かつＲは同じでも異なっていてもよい）の化合物を
反応させることを特徴とする、請求項１から３までのい
ずれか１項に記載のカーボンブラックの製法。
【請求項５】溶剤中で又は溶剤なしで変性を実施す
る、請求項４に記載のカーボンブラックの製法。
【請求項６】ゴム、インキ、染料、インキジェット−
インキ、印刷インキ、ラッカー、コンクリート、プラス
チック、建材、紙及びビチューメン中での填料、強化填
料、導電性カーボンブラック、顔料及びＵＶ−安定剤と
しての、請求項１から３までのいずれか１項に記載のカ
ーボンブラックの使用。