カーボンブラック、カーボンブラックまたは他のフレームエーロゾルの製造方法およびその方法を実施するための装置
本発明は、カーボンブラックまたは他のフレームエーロゾルを製造するための方法に関し、この場合、この方法は、火炎から熱を伝導および／または放射させることにより除去し；薄いガス境界層を形成させ；火炎とガス境界層とにより形成される流を加速または伸長させ；得られたエーロゾルを取り出し；かつ冷却表面を清浄化する工程を含む。さらに本発明は、このような方法を実施するための装置および最大ｐＨ値６．０、最大灰分０．１％、５μｍふるいの最大残分２００ｐｐｍを有するカーボンブラックに関する。本発明によるカーボンブラックは、ゴム、プラスチック、印刷インキ、インク、インクジェットインク、トナー、エアッカー、染料、紙、ビチューメン、コンクリートおよび他の建築材料中で使用することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、カーボンブラック、カーボンブラックまたは他のフレームエーロゾルを製造するための方法ならびその方法を実施するための装置に関する。
【０００２】
本発明による方法を用いて、カーボンブラックは、再生可能かつ調整可能な性質を備えたエーロゾルの形で製造することができる。このような性質とは、カーボンブラックの濃度および粒度分布、凝集状態および化学的組成である。このようなエーロゾルは、たとえば、カーボンブラックの分離に関するフィルター、静電分離器または触媒を試験するために必要とされる。さらに、このようにして得られたエーロゾルは、たとえば顔料または充填剤を製造する目的のために分離することができる。
【０００３】
さらに本発明は、火炎中で製造可能な他のエーロゾル、たとえば好ましい性質を備えたＳｉＯ２またはＴｉＯ２を製造するのに適している。
【０００４】
今日まで文献で、カーボンブラックから試験−エーロゾルを製造するための２個の方法が開示されている。
【０００５】
アーク方法（C. Helsper, W. Moelter, G. Wenninger: Investigation of a New Aerosol Generator for the Production of Carbon Aggregate Particles. Atmospheric Enviroment, Vol. 27A (1993), pp 1271-1275）によれば、アルゴンガスが存在する２個の炭素−電極に短い間隔でアークを発火させる。これによって少量の電極材料が気化し、アルゴン流中で凝縮され、アルゴン流と一緒に排出される微細なカーボンブラック粒子を形成する。この方法は２個の欠点を有する：第１の欠点は、実際のカーボンブラックは、常に炭化水素および酸素の部分を含有するのに対して、得られたカーボンブラックが炭素のみから構成されることであって、この場合、これはその性質に極めて大きい影響を与える。第２の欠点は、これらの方法を用いた場合に極めて少量のエーロゾルのみが製造されることであり、これは前記適用に関して十分ではない。
【０００６】
冷却ガス法（L. Jing: Neuer Russgenerator fuer Verbrennungsrussteilchen zur Kalibrierung von Partikelmessungeraeten. OFMET info vol.7 (2000), no.2, pp8-12）では、拡散炎を多量の冷却ガス（たとえば窒素）を供給することによって冷却し、かつ消火する。この方法を用いた場合には、本来の化学的組成を有するカーボンブラックを製造することができる。問題なのは、冷却ガスの極めて高い消費量であって、この場合、これはコストの増加を招く。したがってこの型のカーボンブラックエーロゾル生成器は、従来、極めて少ない流量に関してのみ実現されていた。
【０００７】
したがって本発明は、多量のカーボンブラックエーロゾルを経済的かつ少ない労力で提供可能な方法を提供する。
【０００８】
本発明の他の課題は、安定な分散液を形成することができると同時に高い純度を示すカーボンブラックを提供することである。
【０００９】
本発明の課題は、請求項１に記載の特徴を有する方法によって解決される。この方法は以下の工程の組み合わせを含む：
ａ）火炎から熱伝導または熱照射によって熱を除去し、その際、熱を固体の冷却表面または液体表面に放出し、
ｂ）薄いガス境界層、たとえば空気からなる層を、火炎と冷却表面との間に形成することで、表面上でのエーロゾル粒子の堆積を防止し、
ｃ）火炎および境界層により形成された流を加速させるか、あるいは、伸長させることで層流を維持し、かつ可能な限り薄い境界層を達成し、
ｄ）冷却表面付近で形成されたエーロゾルを取り出し、かつ
ｉ）冷却表面を清浄化する。
【００１０】
この方法は、工業的カーボンブラック製造から公知のガスブラック−またはチャネルブラック法をベースとするものであって、カーボンブラックのほとんどがエーロゾルとして生じる程度に変更を加えたものである。ガスブラックまたはチャネルブラック法を用いて、拡散炎は冷えた金属表面に向けられ、その際、カーボンブラックは火炎から直接的に冷却表面上で析出し、かつその後に、表面から掻き取られる。
【００１１】
本発明による方法もまた、冷却表面を使用し、可能な限り高い熱を火炎から取り出すものである。しかしながら、同時に、カーボンブラックの冷却表面上での堆積が回避される。これらは、本発明によれば、火炎と冷却表面との間に、粒子不含の薄い境界層が導入されることによって生じる。この表面による極めて高い熱の除去に基づいて、酸素含有ガス、たとえば空気を境界層の生成に使用することが可能である。しかしながらさらにこれは、酸素不含ガス（たとえばＮ２、ＣＯ２）を供給することが可能であるか、あるいは、低い酸素含量を有する境界層を冷却表面上に存在する薄い水のフィルムを火炎の熱によって蒸発させることによって製造することができる。
【００１２】
冷却表面として、有利には、金属または他の高い熱伝導性を有する材料から成る十分に厚い壁を有する成形体を使用することができる。さらに、表面は裏側から水または空気によって冷却されていてもよい。しかしながら、さらに、火炎から除去されるべき熱を伝導するか、あるいは、蒸発によって除去しうる流動性液体フィルムを、冷却表面として使用することができる。方法のための好ましい態様は、請求項１に従属する請求項２〜１２に示す。
【００１３】
これらの課題は、さらに本発明による前記方法を実施するための装置によって解決され、この場合、この装置には、火炎生成機構および生成した火炎を向けられうる冷却表面に加えて、表面と火炎との間にガス状の境界層を生じさせる機構が存在する。本発明による装置の好ましい態様は、請求項１３に従属する請求項１４〜２０に示す。
【００１４】
本発明の詳細および利点については、下位の請求項に関する詳細を、図に示して説明する。図１は、本発明による装置の主要な実施例を示す図であり、かつ図２〜８は、本発明による装置の他の実施態様を示す図である。
【００１５】
図１は種々の構造を示し、この場合、火炎１０は冷却表面１に向けられ、その際、境界層５が火炎１０と冷却表面１との間に生じる。相当する図１ａは、境界層を、火炎１０の軸と垂直になるよう冷却表面を移動させることによって生じさせる。図１ｂでは、冷却表面１を、火炎１０の軸に対して斜めに移動させる。
【００１６】
図１ｃから明らかであるのは、付加的に、調節可能な反らせ板１５を提供することが可能であって、これにより、境界層の層厚の調節を可能にし、かつ火炎が乱流によって分散されることを防ぐ。図１ｃに相当する他の変法は、反らせ板１５をガス供給管１６と一緒に提供し、境界層を好ましい特定のガス、たとえばＮ２で冨化させるものである。
【００１７】
二者択一的にかまたは付加的に、水または他の容易に揮発可能であって燃焼性でない液体から成るフィルムを、冷却表面上に担持させ、冷却作用を改善し、かつ同時に熱い火炎ガスを表面と接触させた場合に、火炎冷却作用を有する蒸気−境界層を生じさせる。液体フィルムは公知方法で、たとえば液体の噴霧によって、浴中への表面の浸漬によって、ローラー塗布等によって製造する。その際、表面を粗面化させ、かつ吸収性材料の薄い層で塗布する。
【００１８】
適した境界層を製造するための他の方法は、冷却表面を、流動性の蒸発可能な液体によって形成させるか、あるいは、孔質材料、たとえば焼結材料から構成され、これからガスまたは揮発可能な液体を流出させる。
【００１９】
乱流による境界層の遮断は、特に、エーロゾル生成が加速された流中で実施される場合に効果的に回避することができる。図２に示すように、２個の冷却表面１間の流路を形成することで、冷却すべき火炎１０およびこれを包囲する境界層５を、最も狭窄した箇所までの流路の集束部１２において、高い流速にもかかわらず、層流で維持することができる。さらに、冷却表面を備えた集束ノズル中においてもこの効果を達成することができる。図２に示された本発明の実施態様においては、冷却表面を、水の薄層２の形で提供する。火炎１０および燃焼ガスの下方への流および加速された流の結果として、乱流の発生およびそれに伴っての、得られるカーボンブラックエーロゾル１１と境界層のガスまたは蒸気とのの望ましくない混合は、ほぼ回避される。
【００２０】
境界層にもかかわらず、冷却表面上で、得られるカーボンブラックの少量が析出しうる。したがって、冷却表面は、スクレーパ、ブラシ、圧縮空気ノズル、液浴または他の適した装置に通過させることにより、表面を清浄に維持する。
【００２１】
カーボンブラックの製造において、エーロゾルの多くの部分が、冷却表面と直接的に近接する部分に存在する場合には困難が生じる。冷却表面の移動または乱流の結果として、この部分のエーロゾルが制御されない状態で分散されるか、あるいは、表面上に堆積する。しかしながら、カーボンブラックを可能なかぎり直接的かつわずかな損失量で除去するために、図３による実施の実施態様では、表面近くのエーロゾルを、冷却表面から反らせ板２０によって生成した直後に掻き出し、前記エーロゾルに捕集する。二者択一的にかまたは付加的に、ここでは記載されていないノズルによって、冷却表面からエーロゾルをはずすガス流を供給する。
【００２２】
図４では、冷却表面を、水平軸３周囲を回転する金属板４により表される冷却表面を有する装置を示す。冷却および液体フィルムの塗布のために、金属板４を水浴６中に浸漬させる。上部において、１個または複数個の火炎１０を、片側または両側から金属板４に向けた。さらに反らせ板１５は境界層を調整するために、かつ反らせ板２０についてはエーロゾルを集めるために提供した。この金属板は、スクレーパまたはブラシ（ここでは示されていない）によって、ガス噴射によってまたは水浴を通過させる際に超音波をあてることによって清浄化した。
【００２３】
図４に示された装置は、特に、カーボンブラックを、ガスまた蒸発された液体の燃焼によって生成するのに適した装置を示す。カーボンブラックが燃焼可能な液体をベースとして生じる場合には、図５に示す装置が特に有利であり、それというのも火炎１０が垂直に、かつ灯心バーナー（wick burner）３０により生じるためである。さらに特別な場合には、２個の回転ローラー３１によって２個の冷却された表面が提供される。本発明によれば、ローラー間の距離、ローラーの回転速度ならびにローラーギャップ中に存在する圧力の差を調整し、火炎を薄い層に引き出し、かつ急速に冷却することを可能にする。さらに、境界層を調整するための反らせ板１５およびエーロゾルを捕集するための反らせ板２０を備えている。必要である場合には、さらにローラー３１を、蒸発した液体で、たとえば、塗布ローラー３３を用いて相当する液浴３４中に浸漬させることにより被覆することができる。最終的には、ローラーを内部から、たとえば冷却液体（ここでは示されていない）で洗浄することによって冷却する。
【００２４】
図６では他の変法を示し、この場合、これは冷却表面を、たとえば金属または吸収性繊維からなる回転ベルト３５によって表す。これらの変法は、冷却表面が湿性であるかまたは液浴４０中で清浄化されるべき場合に特に適している。
【００２５】
図６の変法に関する他の構成については図５に相当するものであり、さらに説明することを要しない。
【００２６】
最後に図７は、エーロゾル不含の境界層５を、構成部品を移動させることなく製造する変法を示すものである。この場合において、境界層は、本発明によればガスを有孔表面５０に浸透させることによって生じる。ギャップにおいて、流を加速させるための圧力の差を生じさせることによって、火炎１０はギャップに中心に配置され、かつ、乱流形成を回避する。
【００２７】
好ましい実施態様において、図８による装置を使用する。これらの装置は、冷却表面が、水により裏側から冷却されている金属表面の形で提供されることを除いて、図２に示す態様に相当する。他の相違点は流の方向である。図８に示された実施態様では、下方に向けられた流に代えて火炎および燃焼ガスの上方への流が好ましい。
【００２８】
本発明による方法はさらに、ＤＥ１０３５１７３７．５に記載されたエーロゾル方法と組み合わせることができ、この場合、これは、相当する構造の縮小化を達成する。ここで塩溶液、たとえばカリウム塩溶液をガスと一緒にエーロゾル中に運搬し、引き続いてカーボンブラック形成帯域中に導入する。たとえば、図８による好ましい実施態様において、エーロゾルは、バーナー前にカーボンブラック粗材料と混合させるか、あるいは、カーボンブラック粗材料と一緒に噴霧することができる。
【００２９】
本発明の他の対象は、未分級の未処理のカーボンブラックに関し、この場合、これはｐＨ値６．０以下、好ましくは５．０以下、特に好ましくは４．０以下であり、灰分が０．１％以下、好ましくは０．０５％以下、特にこのましくは０．０２％以下であり、かつ５μｍのふるい残分は２００ｐｐｍ以下、好ましくは１５０ｐｐｍ以下、特に好ましくは１００ｐｐｍ以下である。
【００３０】
未処理のカーボンブラックとしては、たとえば引き続いての酸化または化学的表面変性による後処理がされていないカーボンブラックを意味するものと理解される。
【００３１】
未分級のカーボンブラックとしては、空気流を用いての分級がされていないカーボンブラックを意味するものと理解される。
【００３２】
未分級の未処理のカーボンブラックはガスブラック、ファーネスブラック、チャネルブラック、フレームブラック、転化（Inversion）ブラック、この場合、これは、ＤＥ１９５２１５６５から公知のもの、ドーピングブラック、サーマルブラック、アセチレンブラック、アークブラックまたはプラズマブラックであってもよい。
【００３３】
本発明によるカーボンブラックは、９５％以上の透過率、好ましくは９７％以上の透過率、特に好ましくは９８％以上の透過率を有する。
【００３４】
本発明によるカーボンブラックは、９５０℃での含水量１．０％以上、好ましくは１．５％以上、特に好ましくは２．０％以上を有していてもよい。
【００３５】
本発明によるカーボンブラックは、油要求量２５０ｍｌ／１００ｇ以上、好ましくは３００ｍｌ／１００ｇ、特に好ましくは３５０ｍｌ／１００ｇ以上を有していてもよい。
【００３６】
本発明によるカーボンブラックは充填剤として、補強充填剤として、ＵＶ安定化剤として、導電性カーボンブラックまたは顔料として使用することができる。
【００３７】
本発明によるカーボンブラックは、ゴム、プラスチック材料、印刷用インキ、インキ、インクジェット−インキ、トナー、ラッカー、染料、紙、ビチューメン、コンクリートおよび他の建築材料中で使用することができる。本発明によるカーボンブラックは、還元剤として冶金学において使用できるものである。
【００３８】
本発明によるカーボンブラックは、これらを安定した分散液（低ｐＨ値）を形成し、かつ同時に高い純度（低い灰含量および低い５μｍ−ふるい残分）を示すことから有利である。高い純度によって使用における本質的利点が得られる。可溶性物質の低い含量（低い灰含量）は、極めて安定した分散液、たとえば塗料適用またはインクとしての水性または溶剤含有分散液の製造を可能にする。これらは、製造および貯蔵の際に有利である。このような分散液の高い安定性は、固体含量の増加を可能にし、この場合、これはさらに、たとえば製造−および運搬コストの減少における多くの利点を有する。したがって、このような分散液は、長い貯蔵安定性によって特徴付けられる。
【００３９】
不溶性粒状物質の低い含量は、スペックの少ないフィルムおよびラッカーの製造を可能にする。したがって、たとえば新聞印刷における版面の剥離を減少させ、これによって印刷画像の明瞭性が長時間に亘って維持された。さらに、フィルターおよびふるいのより長い耐用期間が、たとえばインク配合物およびプラスチックマスターバッチの製造において得られた。
【００４０】
実施例
測定方法
ｐＨ値
ｐＨ値はＤＩＮ ＥＮ ＩＳＯ ７８７−９によって測定された。
灰分
灰分の測定は、ＤＩＮ５３５８６（またはＩＳＯ１１２５）によって実施された。
５μｍ−ふるい残分
５−μｍ−オーバーサイズの測定は“過大粒子”の水不溶性不純物含分、たとえばコークス、セラミック部分、金属または金属酸化物の含量を、４５μｍを下廻る大きさの幅囲で測定するのに使用される。これは、市販のふるい分け装置を用いて、０．００５ｍｍのメッシュ値を有するふるいを用いて、相当する以下の工程により実施した：
装置：
ふるい分け装置（Topas GmbH, Dresden）、この場合、これは、電磁気式ふるい分け振動器（ＥＭＳ７５５）、超音波砕解機（ＵＤＳ７５１）、微粒子試験ふるい（５μｍ、場合により：１０μｍ、１５μｍ、２０μｍ、２５μｍ、３０μｍ）から構成されるものである。
すべり止めスタンドプレート分析はかり（精度０．１ｍｇ）を含む特定のスタンド、スパチュラ、プロペラ型撹拌機、超音波浴、浸潤剤溶液製造のための１ｌ−ビーカー、分散液製造のための２５０ｍｌガラスビーカー、濾液捕集のための１ｌ−ビーカー、８０℃に設定された乾燥器、
湿潤剤Hydropalat 3065、製品番号５８２９３０ ８８８（Henkel, KGaA）。
【００４１】
ふるい分け試験：
使用する前にその都度、使用すべき微粒子試験ふるいは、光学顕微鏡下での損傷がないか検査した。
【００４２】
試料の調整：
試料は、乾燥器中で１時間に亘って乾燥させ、その後に３０分に亘ってデシケーター中で冷却した。新鮮な試料の場合には乾燥を省略し、かつ試料を直接的に試験した。
【００４３】
分析の実施：
浸潤剤溶液の製造：
１０％濃度の浸潤剤溶液の製造のために、１００ｇのHydropalat（ｗ＝６５％）を１ｌ−ビーカー中に計量供給し、かつ蒸留水を添加することで６５０ｍｌにした。溶液を適当な速度で（空気中で撹拌することなく）５分に亘って撹拌した。その後に溶液を濾過した。
【００４４】
分散液の製造：
１００〜１５０ｍｌの１０％濃度の湿潤剤溶液を、２５０ｍｌビーカー中に移した。適切な撹拌下で、約１５ｇのカーボンブラックをこの溶液に計量供給した。カーボンブラック計量を、分析ばかり上で正確に測定し、かつ記録した。溶剤を、ここでさらに５分に亘って撹拌した。撹拌後に、撹拌器に付着した残留物を、蒸留水を用いて洗浄し溶液にした。その後にビーカーを５分間に亘って超音波浴中に置いた。最終的に溶液をさらに２分に亘って、ＵＤＳ７５１により処理した。
【００４５】
ふるい分けの実施：
計量された微粒子ふるい（精度：０．１ｍｇ）を、ＥＭＳ７５５中に固定し、その際、ふるい堅固な位置付けに留意する。ＵＤＳ７５１をふるいの中心に配置し、かつ固定した。ふるいの底部との距離（約５ｍｍ）を、それぞれの測定中でスペーサーにより一定に保った。
【００４６】
ＥＭＳをレベル４．５に調整し、かつスイッチを入れた。ＵＤＳ７５１は中程度のレベルに調整し、かつ同様にスイッチを入れた。
【００４７】
カーボンブラック溶液を、ここでゆっくりとふるいに導入した。上部のふるい縁部分との距離は３ｍｍ以上であるべきである。充填レベルは、分析中可能な限り一定に保持される。
【００４８】
カーボンブラック分散液が完全に移されると同時に、ビーカーを、少量の蒸留水で洗浄し、この場合、これを、ふるい上に注ぎ入れた。ビーカーが清浄化されるまで反復しておこなった。ここで、ふるいについては、得られる濾液が透明になるまで少量の蒸留水で洗浄した。ふるいをここで６００ｍｌのビーカー中に導入した。このビーカを、約１ｃｍまで蒸留水で充たし、かつ２分に亘って超音波浴に導入した。引き続いて、ふるいをもう１度、簡単にＥＭＳ中に固定し、かつ洗浄し、最終的には透明になった。
【００４９】
ここでふるいを、乾燥器中で、８０℃で３０分に亘って乾燥させ、引き続いてデシケーター中で冷却し、かつ分析ばかり上で計量した。
【００５０】
評価：
ふるい残分を以下のように算定した：
【００５１】
【化１】
ｍＲ−ふるいと残分との質量［ｇ］
ｍＬ−空のふるいの質量［ｇ］
Ｅ−正味量［ｇ］。
【００５２】
透過率
透過率の測定は、規格ＡＳＴＭ Ｄ１６１８によるトルエン−変色測定によりおこなった。
【００５３】
一次粒径
平均一次粒径の測定および一次粒度分布の標準偏差は、透過型電子顕微写真を用いて測定し、この場合、これはその後に透明フィルム上で等倍に拡大し、少なくとも２００の一次粒子を測定およびカウントすることによって、かつ、算定上平均値および標準偏差を計算することによって測定した。半自動型粒度分析器ＴＧＺ３（Carl Zeiss、 Endter および Gebauer［F. Endter und H. Gebauer, Optik, 13, 97 (1956)］）は、これに関してカウントの負担を軽減するものである。
【００５４】
揮発分
９５０℃での揮発分の測定は、ＤＩＮ５３５５２によって実施した。
【００５５】
油要求量
油要求量（流動点法）の測定は、ＤＩＮ ＥＮ ＩＳＯ ７８７−５にしたがっておこなった。
【００５６】
ＢＥＴ−表面積
ＢＥＴ−表面積の測定は、ＤＩＮ６６１３１−２（またはＩＳＯ４６５２）にしたがっておこなった。
【００５７】
黒色度Ｍｙ
粉末顔料であるカーボンブラックの黒色度Ｍｙの測定は、ＤＩＮ５５９７９にしたがっておこなった。
【００５８】
ＳＴＳＡ−表面積
ＳＴＳＡ−表面積の測定を、ＡＳＴＭによる規格Ｄ−５８１６−９９にしたがっておこなった。
【００５９】
凝集体径分布：
凝集体径分布曲線の測定のために、赤色発光ダイオードを備えたディスク型遠心分離器ＢＩ−ＤＣＰ（Brookhaven）を使用した。この装置は、吸光測定からの、微細固体の凝集体径分布を測定するために特に開発されたものであり、かつ、凝集体径分布の測定のための自動測定および評価プログラムを備えている。
【００６０】
測定を実施するために、分散溶液を、最初に２００ｍｌのエタノール、５滴のアンモニウム溶液および０．５ｇのTritonX-100から製造し、かつ、脱イオン水で１０００ｍｌにした。さらに、スピン液体を０．５ｇのTritonX-100および５滴のアンモニウム溶液から製造し、かつ、脱イオン水で１０００ｍｌにした。
【００６１】
その後にカーボンブラック２０ｍｇに、分散溶液２０ｍｌを添加し、かつ冷却浴中で４．５分に亘って、１００ワットの超音波（８０％パルス）で、溶液中に懸濁させた。
【００６２】
実際の測定を開始する前に、遠心分離を３０分に亘って１１０００分−１の回転数でおこなった。１ｍｌのエタノールを回転ディスクに噴霧し、その後に１５ｍｌのスピン液体の層を注意深く下に導入した。約１分後に、２５０μｌのカーボンブラック懸濁液を噴霧し、かつ装置の測定プログラムを開始させ、かつスピン液体を遠心分離器中で、５０μｌのドデカンで積層した。それぞれ、測定すべき試料については二重の測定をおこなった。
【００６３】
その後に粗データ曲線の評価を、装置の計算プログラムを用いて、散乱補正を考慮しながら、かつ自動基線調節装置を用いて実施した。
【００６４】
△Ｄ５０値は、半分のピーク高での凝集体径分布曲線の範囲である。Ｄｗ値は、凝集体径分布の単位容積重量（Volumengewichtete）の平均値である。Ｄｍｏｄｅ値（モデル値）は、最も大きい頻度を有する凝集体径（凝集体径分布曲線の最大ピーク値）である。
【００６５】
例１〜４：
図８による装置は、本発明によるカーボンブラックを、第１表に示された設定で製造した。燃料としてアセチレンを使用する。これらは場合によっては、空気または純粋な酸素によって製造することができる。スタティックミキサは、バーナーノズルに導入する前の２個のガスを十分に混合するために使用する。この使用された燃焼ノズルは、３個の長方形のスロットから構成され、この場合、これらは、１０ｍｍ間隔で配置されている。スロット幅は０．１ｍｍおよびスロット長は１０ｍｍであり、その結果、全ノズル横断面積３ｍｍ２であった。バーナーノズルは、図９で平面図として記載した。得られた火炎を、最終的に実際の冷却ギャップにおいて、減圧を適用させることにより吸い取り、かつ冷却した。このカーボンブラックを引き続いて排ガスから分離除去し、かつ分析した。
【００６６】
【表１】
【００６７】
第２表は、本発明によるカーボンブラックの分析値を示す。付加的に、比較のためのカーボンブラックの分析値を示す。比較のためのカーボンブラックは、ＤＥ−ＯＳ２４０４５３６に記載されたデグッサ−ガスブラック法にしたがって製造したものであるが、市販製品とは対照的に、分級されたものではない。
【００６８】
【表２】
【００６９】
本発明によるカーボンブラックは、比較のためのカーボンブラックに対して本質的に少ない５μｍ−のふるい残分を有する。不溶性粒状物質の低い含量によって、ほとんどスペックを有することのないフィルムおよびラッカーを製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】本発明による装置の主要な例を示す図、図１ａ〜ｄは種々の冷却表面、火炎、境界層との位置関係を示す。
【図２】本発明による装置の他の例を示す図
【図３】本発明による装置の他の例を示す図
【図４】本発明による装置の他の例を示す図
【図５】本発明による装置の他の例を示す図
【図６】本発明による装置の他の例を示す図
【図７】本発明による装置の他の例を示す図
【図８】本発明による装置の他の例を示す図
【図９】本発明による装置の他の例を示す図
【符号の説明】
【００７１】
１ 冷却表面、 ２ 水の薄層、 ３ 水平軸、 ４ 金属板、 ５ 境界層、 ６ 水浴、 １０ 火炎、 １１ カーボンブラックエーロゾル、 １２ 集束部、 １５ 反らせ板、 １６ ガス供給管、 ２０ 反らせ板、 ３０ 灯心バーナー、 ３１ 回転ローラー、 ３３ 塗布ローラー、 ３４ 液浴、 ３５ 回転ベルト、 ４０ 液浴、 ５０ 有孔表面。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、カーボンブラック、カーボンブラックまたは他のフレームエーロゾルを製造するための方法ならびその方法を実施するための装置に関する。
【０００２】
本発明による方法を用いて、カーボンブラックは、再生可能かつ調整可能な性質を備えたエーロゾルの形で製造することができる。このような性質とは、カーボンブラックの濃度および粒度分布、凝集状態および化学的組成である。このようなエーロゾルは、たとえば、カーボンブラックの分離に関するフィルター、静電分離器または触媒を試験するために必要とされる。さらに、このようにして得られたエーロゾルは、たとえば顔料または充填剤を製造する目的のために分離することができる。
【０００３】
さらに本発明は、火炎中で製造可能な他のエーロゾル、たとえば好ましい性質を備えたＳｉＯ２またはＴｉＯ２を製造するのに適している。
【０００４】
今日まで文献で、カーボンブラックから試験−エーロゾルを製造するための２個の方法が開示されている。
【０００５】
アーク方法（C. Helsper, W. Moelter, G. Wenninger: Investigation of a New Aerosol Generator for the Production of Carbon Aggregate Particles. Atmospheric Enviroment, Vol. 27A (1993), pp 1271-1275）によれば、アルゴンガスが存在する２個の炭素−電極に短い間隔でアークを発火させる。これによって少量の電極材料が気化し、アルゴン流中で凝縮され、アルゴン流と一緒に排出される微細なカーボンブラック粒子を形成する。この方法は２個の欠点を有する：第１の欠点は、実際のカーボンブラックは、常に炭化水素および酸素の部分を含有するのに対して、得られたカーボンブラックが炭素のみから構成されることであって、この場合、これはその性質に極めて大きい影響を与える。第２の欠点は、これらの方法を用いた場合に極めて少量のエーロゾルのみが製造されることであり、これは前記適用に関して十分ではない。
【０００６】
冷却ガス法（L. Jing: Neuer Russgenerator fuer Verbrennungsrussteilchen zur Kalibrierung von Partikelmessungeraeten. OFMET info vol.7 (2000), no.2, pp8-12）では、拡散炎を多量の冷却ガス（たとえば窒素）を供給することによって冷却し、かつ消火する。この方法を用いた場合には、本来の化学的組成を有するカーボンブラックを製造することができる。問題なのは、冷却ガスの極めて高い消費量であって、この場合、これはコストの増加を招く。したがってこの型のカーボンブラックエーロゾル生成器は、従来、極めて少ない流量に関してのみ実現されていた。
【０００７】
したがって本発明は、多量のカーボンブラックエーロゾルを経済的かつ少ない労力で提供可能な方法を提供する。
【０００８】
本発明の他の課題は、安定な分散液を形成することができると同時に高い純度を示すカーボンブラックを提供することである。
【０００９】
本発明の課題は、請求項１に記載の特徴を有する方法によって解決される。この方法は以下の工程の組み合わせを含む：
ａ）火炎から熱伝導または熱照射によって熱を除去し、その際、熱を固体の冷却表面または液体表面に放出し、
ｂ）薄いガス境界層、たとえば空気からなる層を、火炎と冷却表面との間に形成することで、表面上でのエーロゾル粒子の堆積を防止し、
ｃ）火炎および境界層により形成された流を加速させるか、あるいは、伸長させることで層流を維持し、かつ可能な限り薄い境界層を達成し、
ｄ）冷却表面付近で形成されたエーロゾルを取り出し、かつ
ｉ）冷却表面を清浄化する。
【００１０】
この方法は、工業的カーボンブラック製造から公知のガスブラック−またはチャネルブラック法をベースとするものであって、カーボンブラックのほとんどがエーロゾルとして生じる程度に変更を加えたものである。ガスブラックまたはチャネルブラック法を用いて、拡散炎は冷えた金属表面に向けられ、その際、カーボンブラックは火炎から直接的に冷却表面上で析出し、かつその後に、表面から掻き取られる。
【００１１】
本発明による方法もまた、冷却表面を使用し、可能な限り高い熱を火炎から取り出すものである。しかしながら、同時に、カーボンブラックの冷却表面上での堆積が回避される。これらは、本発明によれば、火炎と冷却表面との間に、粒子不含の薄い境界層が導入されることによって生じる。この表面による極めて高い熱の除去に基づいて、酸素含有ガス、たとえば空気を境界層の生成に使用することが可能である。しかしながらさらにこれは、酸素不含ガス（たとえばＮ２、ＣＯ２）を供給することが可能であるか、あるいは、低い酸素含量を有する境界層を冷却表面上に存在する薄い水のフィルムを火炎の熱によって蒸発させることによって製造することができる。
【００１２】
冷却表面として、有利には、金属または他の高い熱伝導性を有する材料から成る十分に厚い壁を有する成形体を使用することができる。さらに、表面は裏側から水または空気によって冷却されていてもよい。しかしながら、さらに、火炎から除去されるべき熱を伝導するか、あるいは、蒸発によって除去しうる流動性液体フィルムを、冷却表面として使用することができる。方法のための好ましい態様は、請求項１に従属する請求項２〜１２に示す。
【００１３】
これらの課題は、さらに本発明による前記方法を実施するための装置によって解決され、この場合、この装置には、火炎生成機構および生成した火炎を向けられうる冷却表面に加えて、表面と火炎との間にガス状の境界層を生じさせる機構が存在する。本発明による装置の好ましい態様は、請求項１３に従属する請求項１４〜２０に示す。
【００１４】
本発明の詳細および利点については、下位の請求項に関する詳細を、図に示して説明する。図１は、本発明による装置の主要な実施例を示す図であり、かつ図２〜８は、本発明による装置の他の実施態様を示す図である。
【００１５】
図１は種々の構造を示し、この場合、火炎１０は冷却表面１に向けられ、その際、境界層５が火炎１０と冷却表面１との間に生じる。相当する図１ａは、境界層を、火炎１０の軸と垂直になるよう冷却表面を移動させることによって生じさせる。図１ｂでは、冷却表面１を、火炎１０の軸に対して斜めに移動させる。
【００１６】
図１ｃから明らかであるのは、付加的に、調節可能な反らせ板１５を提供することが可能であって、これにより、境界層の層厚の調節を可能にし、かつ火炎が乱流によって分散されることを防ぐ。図１ｃに相当する他の変法は、反らせ板１５をガス供給管１６と一緒に提供し、境界層を好ましい特定のガス、たとえばＮ２で冨化させるものである。
【００１７】
二者択一的にかまたは付加的に、水または他の容易に揮発可能であって燃焼性でない液体から成るフィルムを、冷却表面上に担持させ、冷却作用を改善し、かつ同時に熱い火炎ガスを表面と接触させた場合に、火炎冷却作用を有する蒸気−境界層を生じさせる。液体フィルムは公知方法で、たとえば液体の噴霧によって、浴中への表面の浸漬によって、ローラー塗布等によって製造する。その際、表面を粗面化させ、かつ吸収性材料の薄い層で塗布する。
【００１８】
適した境界層を製造するための他の方法は、冷却表面を、流動性の蒸発可能な液体によって形成させるか、あるいは、孔質材料、たとえば焼結材料から構成され、これからガスまたは揮発可能な液体を流出させる。
【００１９】
乱流による境界層の遮断は、特に、エーロゾル生成が加速された流中で実施される場合に効果的に回避することができる。図２に示すように、２個の冷却表面１間の流路を形成することで、冷却すべき火炎１０およびこれを包囲する境界層５を、最も狭窄した箇所までの流路の集束部１２において、高い流速にもかかわらず、層流で維持することができる。さらに、冷却表面を備えた集束ノズル中においてもこの効果を達成することができる。図２に示された本発明の実施態様においては、冷却表面を、水の薄層２の形で提供する。火炎１０および燃焼ガスの下方への流および加速された流の結果として、乱流の発生およびそれに伴っての、得られるカーボンブラックエーロゾル１１と境界層のガスまたは蒸気とのの望ましくない混合は、ほぼ回避される。
【００２０】
境界層にもかかわらず、冷却表面上で、得られるカーボンブラックの少量が析出しうる。したがって、冷却表面は、スクレーパ、ブラシ、圧縮空気ノズル、液浴または他の適した装置に通過させることにより、表面を清浄に維持する。
【００２１】
カーボンブラックの製造において、エーロゾルの多くの部分が、冷却表面と直接的に近接する部分に存在する場合には困難が生じる。冷却表面の移動または乱流の結果として、この部分のエーロゾルが制御されない状態で分散されるか、あるいは、表面上に堆積する。しかしながら、カーボンブラックを可能なかぎり直接的かつわずかな損失量で除去するために、図３による実施の実施態様では、表面近くのエーロゾルを、冷却表面から反らせ板２０によって生成した直後に掻き出し、前記エーロゾルに捕集する。二者択一的にかまたは付加的に、ここでは記載されていないノズルによって、冷却表面からエーロゾルをはずすガス流を供給する。
【００２２】
図４では、冷却表面を、水平軸３周囲を回転する金属板４により表される冷却表面を有する装置を示す。冷却および液体フィルムの塗布のために、金属板４を水浴６中に浸漬させる。上部において、１個または複数個の火炎１０を、片側または両側から金属板４に向けた。さらに反らせ板１５は境界層を調整するために、かつ反らせ板２０についてはエーロゾルを集めるために提供した。この金属板は、スクレーパまたはブラシ（ここでは示されていない）によって、ガス噴射によってまたは水浴を通過させる際に超音波をあてることによって清浄化した。
【００２３】
図４に示された装置は、特に、カーボンブラックを、ガスまた蒸発された液体の燃焼によって生成するのに適した装置を示す。カーボンブラックが燃焼可能な液体をベースとして生じる場合には、図５に示す装置が特に有利であり、それというのも火炎１０が垂直に、かつ灯心バーナー（wick burner）３０により生じるためである。さらに特別な場合には、２個の回転ローラー３１によって２個の冷却された表面が提供される。本発明によれば、ローラー間の距離、ローラーの回転速度ならびにローラーギャップ中に存在する圧力の差を調整し、火炎を薄い層に引き出し、かつ急速に冷却することを可能にする。さらに、境界層を調整するための反らせ板１５およびエーロゾルを捕集するための反らせ板２０を備えている。必要である場合には、さらにローラー３１を、蒸発した液体で、たとえば、塗布ローラー３３を用いて相当する液浴３４中に浸漬させることにより被覆することができる。最終的には、ローラーを内部から、たとえば冷却液体（ここでは示されていない）で洗浄することによって冷却する。
【００２４】
図６では他の変法を示し、この場合、これは冷却表面を、たとえば金属または吸収性繊維からなる回転ベルト３５によって表す。これらの変法は、冷却表面が湿性であるかまたは液浴４０中で清浄化されるべき場合に特に適している。
【００２５】
図６の変法に関する他の構成については図５に相当するものであり、さらに説明することを要しない。
【００２６】
最後に図７は、エーロゾル不含の境界層５を、構成部品を移動させることなく製造する変法を示すものである。この場合において、境界層は、本発明によればガスを有孔表面５０に浸透させることによって生じる。ギャップにおいて、流を加速させるための圧力の差を生じさせることによって、火炎１０はギャップに中心に配置され、かつ、乱流形成を回避する。
【００２７】
好ましい実施態様において、図８による装置を使用する。これらの装置は、冷却表面が、水により裏側から冷却されている金属表面の形で提供されることを除いて、図２に示す態様に相当する。他の相違点は流の方向である。図８に示された実施態様では、下方に向けられた流に代えて火炎および燃焼ガスの上方への流が好ましい。
【００２８】
本発明による方法はさらに、ＤＥ１０３５１７３７．５に記載されたエーロゾル方法と組み合わせることができ、この場合、これは、相当する構造の縮小化を達成する。ここで塩溶液、たとえばカリウム塩溶液をガスと一緒にエーロゾル中に運搬し、引き続いてカーボンブラック形成帯域中に導入する。たとえば、図８による好ましい実施態様において、エーロゾルは、バーナー前にカーボンブラック粗材料と混合させるか、あるいは、カーボンブラック粗材料と一緒に噴霧することができる。
【００２９】
本発明の他の対象は、未分級の未処理のカーボンブラックに関し、この場合、これはｐＨ値６．０以下、好ましくは５．０以下、特に好ましくは４．０以下であり、灰分が０．１％以下、好ましくは０．０５％以下、特にこのましくは０．０２％以下であり、かつ５μｍのふるい残分は２００ｐｐｍ以下、好ましくは１５０ｐｐｍ以下、特に好ましくは１００ｐｐｍ以下である。
【００３０】
未処理のカーボンブラックとしては、たとえば引き続いての酸化または化学的表面変性による後処理がされていないカーボンブラックを意味するものと理解される。
【００３１】
未分級のカーボンブラックとしては、空気流を用いての分級がされていないカーボンブラックを意味するものと理解される。
【００３２】
未分級の未処理のカーボンブラックはガスブラック、ファーネスブラック、チャネルブラック、フレームブラック、転化（Inversion）ブラック、この場合、これは、ＤＥ１９５２１５６５から公知のもの、ドーピングブラック、サーマルブラック、アセチレンブラック、アークブラックまたはプラズマブラックであってもよい。
【００３３】
本発明によるカーボンブラックは、９５％以上の透過率、好ましくは９７％以上の透過率、特に好ましくは９８％以上の透過率を有する。
【００３４】
本発明によるカーボンブラックは、９５０℃での含水量１．０％以上、好ましくは１．５％以上、特に好ましくは２．０％以上を有していてもよい。
【００３５】
本発明によるカーボンブラックは、油要求量２５０ｍｌ／１００ｇ以上、好ましくは３００ｍｌ／１００ｇ、特に好ましくは３５０ｍｌ／１００ｇ以上を有していてもよい。
【００３６】
本発明によるカーボンブラックは充填剤として、補強充填剤として、ＵＶ安定化剤として、導電性カーボンブラックまたは顔料として使用することができる。
【００３７】
本発明によるカーボンブラックは、ゴム、プラスチック材料、印刷用インキ、インキ、インクジェット−インキ、トナー、ラッカー、染料、紙、ビチューメン、コンクリートおよび他の建築材料中で使用することができる。本発明によるカーボンブラックは、還元剤として冶金学において使用できるものである。
【００３８】
本発明によるカーボンブラックは、これらを安定した分散液（低ｐＨ値）を形成し、かつ同時に高い純度（低い灰含量および低い５μｍ−ふるい残分）を示すことから有利である。高い純度によって使用における本質的利点が得られる。可溶性物質の低い含量（低い灰含量）は、極めて安定した分散液、たとえば塗料適用またはインクとしての水性または溶剤含有分散液の製造を可能にする。これらは、製造および貯蔵の際に有利である。このような分散液の高い安定性は、固体含量の増加を可能にし、この場合、これはさらに、たとえば製造−および運搬コストの減少における多くの利点を有する。したがって、このような分散液は、長い貯蔵安定性によって特徴付けられる。
【００３９】
不溶性粒状物質の低い含量は、スペックの少ないフィルムおよびラッカーの製造を可能にする。したがって、たとえば新聞印刷における版面の剥離を減少させ、これによって印刷画像の明瞭性が長時間に亘って維持された。さらに、フィルターおよびふるいのより長い耐用期間が、たとえばインク配合物およびプラスチックマスターバッチの製造において得られた。
【００４０】
実施例
測定方法
ｐＨ値
ｐＨ値はＤＩＮ ＥＮ ＩＳＯ ７８７−９によって測定された。
灰分
灰分の測定は、ＤＩＮ５３５８６（またはＩＳＯ１１２５）によって実施された。
５μｍ−ふるい残分
５−μｍ−オーバーサイズの測定は“過大粒子”の水不溶性不純物含分、たとえばコークス、セラミック部分、金属または金属酸化物の含量を、４５μｍを下廻る大きさの幅囲で測定するのに使用される。これは、市販のふるい分け装置を用いて、０．００５ｍｍのメッシュ値を有するふるいを用いて、相当する以下の工程により実施した：
装置：
ふるい分け装置（Topas GmbH, Dresden）、この場合、これは、電磁気式ふるい分け振動器（ＥＭＳ７５５）、超音波砕解機（ＵＤＳ７５１）、微粒子試験ふるい（５μｍ、場合により：１０μｍ、１５μｍ、２０μｍ、２５μｍ、３０μｍ）から構成されるものである。
すべり止めスタンドプレート分析はかり（精度０．１ｍｇ）を含む特定のスタンド、スパチュラ、プロペラ型撹拌機、超音波浴、浸潤剤溶液製造のための１ｌ−ビーカー、分散液製造のための２５０ｍｌガラスビーカー、濾液捕集のための１ｌ−ビーカー、８０℃に設定された乾燥器、
湿潤剤Hydropalat 3065、製品番号５８２９３０ ８８８（Henkel, KGaA）。
【００４１】
ふるい分け試験：
使用する前にその都度、使用すべき微粒子試験ふるいは、光学顕微鏡下での損傷がないか検査した。
【００４２】
試料の調整：
試料は、乾燥器中で１時間に亘って乾燥させ、その後に３０分に亘ってデシケーター中で冷却した。新鮮な試料の場合には乾燥を省略し、かつ試料を直接的に試験した。
【００４３】
分析の実施：
浸潤剤溶液の製造：
１０％濃度の浸潤剤溶液の製造のために、１００ｇのHydropalat（ｗ＝６５％）を１ｌ−ビーカー中に計量供給し、かつ蒸留水を添加することで６５０ｍｌにした。溶液を適当な速度で（空気中で撹拌することなく）５分に亘って撹拌した。その後に溶液を濾過した。
【００４４】
分散液の製造：
１００〜１５０ｍｌの１０％濃度の湿潤剤溶液を、２５０ｍｌビーカー中に移した。適切な撹拌下で、約１５ｇのカーボンブラックをこの溶液に計量供給した。カーボンブラック計量を、分析ばかり上で正確に測定し、かつ記録した。溶剤を、ここでさらに５分に亘って撹拌した。撹拌後に、撹拌器に付着した残留物を、蒸留水を用いて洗浄し溶液にした。その後にビーカーを５分間に亘って超音波浴中に置いた。最終的に溶液をさらに２分に亘って、ＵＤＳ７５１により処理した。
【００４５】
ふるい分けの実施：
計量された微粒子ふるい（精度：０．１ｍｇ）を、ＥＭＳ７５５中に固定し、その際、ふるい堅固な位置付けに留意する。ＵＤＳ７５１をふるいの中心に配置し、かつ固定した。ふるいの底部との距離（約５ｍｍ）を、それぞれの測定中でスペーサーにより一定に保った。
【００４６】
ＥＭＳをレベル４．５に調整し、かつスイッチを入れた。ＵＤＳ７５１は中程度のレベルに調整し、かつ同様にスイッチを入れた。
【００４７】
カーボンブラック溶液を、ここでゆっくりとふるいに導入した。上部のふるい縁部分との距離は３ｍｍ以上であるべきである。充填レベルは、分析中可能な限り一定に保持される。
【００４８】
カーボンブラック分散液が完全に移されると同時に、ビーカーを、少量の蒸留水で洗浄し、この場合、これを、ふるい上に注ぎ入れた。ビーカーが清浄化されるまで反復しておこなった。ここで、ふるいについては、得られる濾液が透明になるまで少量の蒸留水で洗浄した。ふるいをここで６００ｍｌのビーカー中に導入した。このビーカを、約１ｃｍまで蒸留水で充たし、かつ２分に亘って超音波浴に導入した。引き続いて、ふるいをもう１度、簡単にＥＭＳ中に固定し、かつ洗浄し、最終的には透明になった。
【００４９】
ここでふるいを、乾燥器中で、８０℃で３０分に亘って乾燥させ、引き続いてデシケーター中で冷却し、かつ分析ばかり上で計量した。
【００５０】
評価：
ふるい残分を以下のように算定した：
【００５１】
【化１】
ｍＲ−ふるいと残分との質量［ｇ］
ｍＬ−空のふるいの質量［ｇ］
Ｅ−正味量［ｇ］。
【００５２】
透過率
透過率の測定は、規格ＡＳＴＭ Ｄ１６１８によるトルエン−変色測定によりおこなった。
【００５３】
一次粒径
平均一次粒径の測定および一次粒度分布の標準偏差は、透過型電子顕微写真を用いて測定し、この場合、これはその後に透明フィルム上で等倍に拡大し、少なくとも２００の一次粒子を測定およびカウントすることによって、かつ、算定上平均値および標準偏差を計算することによって測定した。半自動型粒度分析器ＴＧＺ３（Carl Zeiss、 Endter および Gebauer［F. Endter und H. Gebauer, Optik, 13, 97 (1956)］）は、これに関してカウントの負担を軽減するものである。
【００５４】
揮発分
９５０℃での揮発分の測定は、ＤＩＮ５３５５２によって実施した。
【００５５】
油要求量
油要求量（流動点法）の測定は、ＤＩＮ ＥＮ ＩＳＯ ７８７−５にしたがっておこなった。
【００５６】
ＢＥＴ−表面積
ＢＥＴ−表面積の測定は、ＤＩＮ６６１３１−２（またはＩＳＯ４６５２）にしたがっておこなった。
【００５７】
黒色度Ｍｙ
粉末顔料であるカーボンブラックの黒色度Ｍｙの測定は、ＤＩＮ５５９７９にしたがっておこなった。
【００５８】
ＳＴＳＡ−表面積
ＳＴＳＡ−表面積の測定を、ＡＳＴＭによる規格Ｄ−５８１６−９９にしたがっておこなった。
【００５９】
凝集体径分布：
凝集体径分布曲線の測定のために、赤色発光ダイオードを備えたディスク型遠心分離器ＢＩ−ＤＣＰ（Brookhaven）を使用した。この装置は、吸光測定からの、微細固体の凝集体径分布を測定するために特に開発されたものであり、かつ、凝集体径分布の測定のための自動測定および評価プログラムを備えている。
【００６０】
測定を実施するために、分散溶液を、最初に２００ｍｌのエタノール、５滴のアンモニウム溶液および０．５ｇのTritonX-100から製造し、かつ、脱イオン水で１０００ｍｌにした。さらに、スピン液体を０．５ｇのTritonX-100および５滴のアンモニウム溶液から製造し、かつ、脱イオン水で１０００ｍｌにした。
【００６１】
その後にカーボンブラック２０ｍｇに、分散溶液２０ｍｌを添加し、かつ冷却浴中で４．５分に亘って、１００ワットの超音波（８０％パルス）で、溶液中に懸濁させた。
【００６２】
実際の測定を開始する前に、遠心分離を３０分に亘って１１０００分−１の回転数でおこなった。１ｍｌのエタノールを回転ディスクに噴霧し、その後に１５ｍｌのスピン液体の層を注意深く下に導入した。約１分後に、２５０μｌのカーボンブラック懸濁液を噴霧し、かつ装置の測定プログラムを開始させ、かつスピン液体を遠心分離器中で、５０μｌのドデカンで積層した。それぞれ、測定すべき試料については二重の測定をおこなった。
【００６３】
その後に粗データ曲線の評価を、装置の計算プログラムを用いて、散乱補正を考慮しながら、かつ自動基線調節装置を用いて実施した。
【００６４】
△Ｄ５０値は、半分のピーク高での凝集体径分布曲線の範囲である。Ｄｗ値は、凝集体径分布の単位容積重量（Volumengewichtete）の平均値である。Ｄｍｏｄｅ値（モデル値）は、最も大きい頻度を有する凝集体径（凝集体径分布曲線の最大ピーク値）である。
【００６５】
例１〜４：
図８による装置は、本発明によるカーボンブラックを、第１表に示された設定で製造した。燃料としてアセチレンを使用する。これらは場合によっては、空気または純粋な酸素によって製造することができる。スタティックミキサは、バーナーノズルに導入する前の２個のガスを十分に混合するために使用する。この使用された燃焼ノズルは、３個の長方形のスロットから構成され、この場合、これらは、１０ｍｍ間隔で配置されている。スロット幅は０．１ｍｍおよびスロット長は１０ｍｍであり、その結果、全ノズル横断面積３ｍｍ２であった。バーナーノズルは、図９で平面図として記載した。得られた火炎を、最終的に実際の冷却ギャップにおいて、減圧を適用させることにより吸い取り、かつ冷却した。このカーボンブラックを引き続いて排ガスから分離除去し、かつ分析した。
【００６６】
【表１】
【００６７】
第２表は、本発明によるカーボンブラックの分析値を示す。付加的に、比較のためのカーボンブラックの分析値を示す。比較のためのカーボンブラックは、ＤＥ−ＯＳ２４０４５３６に記載されたデグッサ−ガスブラック法にしたがって製造したものであるが、市販製品とは対照的に、分級されたものではない。
【００６８】
【表２】
【００６９】
本発明によるカーボンブラックは、比較のためのカーボンブラックに対して本質的に少ない５μｍ−のふるい残分を有する。不溶性粒状物質の低い含量によって、ほとんどスペックを有することのないフィルムおよびラッカーを製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】本発明による装置の主要な例を示す図、図１ａ〜ｄは種々の冷却表面、火炎、境界層との位置関係を示す。
【図２】本発明による装置の他の例を示す図
【図３】本発明による装置の他の例を示す図
【図４】本発明による装置の他の例を示す図
【図５】本発明による装置の他の例を示す図
【図６】本発明による装置の他の例を示す図
【図７】本発明による装置の他の例を示す図
【図８】本発明による装置の他の例を示す図
【図９】本発明による装置の他の例を示す図
【符号の説明】
【００７１】
１ 冷却表面、 ２ 水の薄層、 ３ 水平軸、 ４ 金属板、 ５ 境界層、 ６ 水浴、 １０ 火炎、 １１ カーボンブラックエーロゾル、 １２ 集束部、 １５ 反らせ板、 １６ ガス供給管、 ２０ 反らせ板、 ３０ 灯心バーナー、 ３１ 回転ローラー、 ３３ 塗布ローラー、 ３４ 液浴、 ３５ 回転ベルト、 ４０ 液浴、 ５０ 有孔表面。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
カーボンブラックまたは他のフレームエーロゾルを製造するための方法において、
以下の工程：
ａ）火炎から熱伝導または熱照射によって熱を除去し、その際、熱を固体の冷却表面または液体表面に放出し、
ｆ）薄いガス境界層、たとえば空気からなる層を、火炎と冷却表面との間に形成することで、表面上でのエーロゾル粒子の堆積を防止し、
ｇ）火炎および境界層により形成された流を加速させるか、あるいは、伸長させることで、層流を維持し、かつ可能な限り薄い境界層を達成し、
ｈ）冷却表面付近で形成されたエーロゾルを取り出し、かつ
ｉ）冷却表面を清浄化することを特徴とする、カーボンブラックまたは他のフレームエーロゾルを製造するための方法。
【請求項２】
火炎と冷却表面との間にガス流を供給することによって、境界層を生じさせる、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
境界層を、冷却表面を移動させることにより火炎帯域に誘導する、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
境界層を、反らせ板により火炎と冷却表面との間に導入する、請求項１から３までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
境界層を、開口または孔を有する冷却表面にガスまたは蒸気の流を通過させることにより生じさせる、請求項１から３までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
境界層を、冷却表面上の液体を蒸発させることにより生じさせる、請求項１から３までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
火炎を、２個の冷却表面と２個の境界層との間に誘導する、請求項１から６までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項８】
火炎を、冷却表面および境界層を有する集束されたギャップまたは集束されたチャネル中で冷却する、請求項１から７までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項９】
火炎を、冷却された表面および境界層を有する２個の回転ローラー間の、集束されたギャップ中で冷却する、請求項１から８までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項１０】
エーロゾルを含有する流の層を、ガス貫流ノズルを用いて冷却表面から取り除く、請求項１から９までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項１１】
集束ギャップの最もせまい箇所での流速が、バーナーからの火炎の放出速度よりも本質的に高く選択される、請求項７から１０までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項１２】
集束ギャップの最も狭い箇所での流速が、ギャップに存在する圧力差により測定および調節される、請求項７から１１までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項１３】
冷却表面が金属表面であり、この表面は裏側から水によって冷却されている、請求項７から１２までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項１４】
火炎生成機構および生成した火炎を向けられうる冷却表面ならびに表面と火炎との間にガス状の境界層を生じさせる機構により特徴付けられる、請求項１から１３までのいずれか１項に記載の方法を実施するための装置。
【請求項１５】
反らせ板を、火炎と冷却表面との間に配置する、請求項１４に記載の装置。
【請求項１６】
冷却表面が、冷却ガスを通過させうる開口または孔を有する、請求項１４または１５に記載の装置。
【請求項１７】
冷却表面が２個の回転ローラーにより形成される、請求項１４から１６までのいずれか１項に記載の装置。
【請求項１８】
集束ギャップの冷却表面がそれぞれ回転ベルトから成り、この場合、このベルトは、ローラーを介してギャップ帯域に案内され、かつさらに清浄化および冷却のための液浴を通過させることを特徴とする、請求項１から１７までのいずれか１項に記載の装置。
【請求項１９】
ベルトが有孔であり、たとえば繊維から成るものであって、かつ液体で浸漬されている、請求項１８に記載の装置。
【請求項２０】
集束ギャップの狭窄部におけるギャップ幅を０．５〜１０ｍｍの範囲に調整することができる、請求項１から１９までのいずれか１項に記載の装置。
【請求項２１】
火炎基部と冷却表面との間の距離を調整することができる、請求項１から２０までのいずれか１項に記載の装置。
【請求項２２】
火炎基部と集束ギャップの狭窄部との間の距離を調整することができる、請求項１から２１までのいずれか１項に記載の装置。
【請求項２３】
ｐＨ値が６．０以下であり、灰分が０．１％未満であり、かつ５μｍ−ふるい残分が２００ｐｐｍである、未分級の未処理のカーボンブラック。
【請求項２４】
ゴム、プラスチック、印刷用インキ、インク、インクジェットインク、トナー、ラッカー、染料、紙、ビチューメン、コンクリートおよび他の建築材料中での、請求項２３に記載のカーボンブラックの使用。
【請求項１】
カーボンブラックまたは他のフレームエーロゾルを製造するための方法において、
以下の工程：
ａ）火炎から熱伝導または熱照射によって熱を除去し、その際、熱を固体の冷却表面または液体表面に放出し、
ｆ）薄いガス境界層、たとえば空気からなる層を、火炎と冷却表面との間に形成することで、表面上でのエーロゾル粒子の堆積を防止し、
ｇ）火炎および境界層により形成された流を加速させるか、あるいは、伸長させることで、層流を維持し、かつ可能な限り薄い境界層を達成し、
ｈ）冷却表面付近で形成されたエーロゾルを取り出し、かつ
ｉ）冷却表面を清浄化することを特徴とする、カーボンブラックまたは他のフレームエーロゾルを製造するための方法。
【請求項２】
火炎と冷却表面との間にガス流を供給することによって、境界層を生じさせる、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
境界層を、冷却表面を移動させることにより火炎帯域に誘導する、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
境界層を、反らせ板により火炎と冷却表面との間に導入する、請求項１から３までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
境界層を、開口または孔を有する冷却表面にガスまたは蒸気の流を通過させることにより生じさせる、請求項１から３までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
境界層を、冷却表面上の液体を蒸発させることにより生じさせる、請求項１から３までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
火炎を、２個の冷却表面と２個の境界層との間に誘導する、請求項１から６までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項８】
火炎を、冷却表面および境界層を有する集束されたギャップまたは集束されたチャネル中で冷却する、請求項１から７までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項９】
火炎を、冷却された表面および境界層を有する２個の回転ローラー間の、集束されたギャップ中で冷却する、請求項１から８までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項１０】
エーロゾルを含有する流の層を、ガス貫流ノズルを用いて冷却表面から取り除く、請求項１から９までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項１１】
集束ギャップの最もせまい箇所での流速が、バーナーからの火炎の放出速度よりも本質的に高く選択される、請求項７から１０までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項１２】
集束ギャップの最も狭い箇所での流速が、ギャップに存在する圧力差により測定および調節される、請求項７から１１までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項１３】
冷却表面が金属表面であり、この表面は裏側から水によって冷却されている、請求項７から１２までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項１４】
火炎生成機構および生成した火炎を向けられうる冷却表面ならびに表面と火炎との間にガス状の境界層を生じさせる機構により特徴付けられる、請求項１から１３までのいずれか１項に記載の方法を実施するための装置。
【請求項１５】
反らせ板を、火炎と冷却表面との間に配置する、請求項１４に記載の装置。
【請求項１６】
冷却表面が、冷却ガスを通過させうる開口または孔を有する、請求項１４または１５に記載の装置。
【請求項１７】
冷却表面が２個の回転ローラーにより形成される、請求項１４から１６までのいずれか１項に記載の装置。
【請求項１８】
集束ギャップの冷却表面がそれぞれ回転ベルトから成り、この場合、このベルトは、ローラーを介してギャップ帯域に案内され、かつさらに清浄化および冷却のための液浴を通過させることを特徴とする、請求項１から１７までのいずれか１項に記載の装置。
【請求項１９】
ベルトが有孔であり、たとえば繊維から成るものであって、かつ液体で浸漬されている、請求項１８に記載の装置。
【請求項２０】
集束ギャップの狭窄部におけるギャップ幅を０．５〜１０ｍｍの範囲に調整することができる、請求項１から１９までのいずれか１項に記載の装置。
【請求項２１】
火炎基部と冷却表面との間の距離を調整することができる、請求項１から２０までのいずれか１項に記載の装置。
【請求項２２】
火炎基部と集束ギャップの狭窄部との間の距離を調整することができる、請求項１から２１までのいずれか１項に記載の装置。
【請求項２３】
ｐＨ値が６．０以下であり、灰分が０．１％未満であり、かつ５μｍ−ふるい残分が２００ｐｐｍである、未分級の未処理のカーボンブラック。
【請求項２４】
ゴム、プラスチック、印刷用インキ、インク、インクジェットインク、トナー、ラッカー、染料、紙、ビチューメン、コンクリートおよび他の建築材料中での、請求項２３に記載のカーボンブラックの使用。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公表番号】特表２００７−５０４３０８（Ｐ２００７−５０４３０８Ａ）
【公表日】平成１９年３月１日（２００７．３．１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−５２５０７４（Ｐ２００６−５２５０７４）
【出願日】平成１６年８月２４日（２００４．８．２４）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＥＰ２００４／００９４３９
【国際公開番号】ＷＯ２００５／０３３２１７
【国際公開日】平成１７年４月１４日（２００５．４．１４）
【出願人】（５０１０７３８６２）デグサ アクチエンゲゼルシャフト (837)
【氏名又は名称原語表記】Ｄｅｇｕｓｓａ ＡＧ
【住所又は居所原語表記】Ｂｅｎｎｉｇｓｅｎｐｌａｔｚ １， Ｄ−４０４７４ Ｄｕｅｓｓｅｌｄｏｒｆ， Ｇｅｒｍａｎｙ
【出願人】（５０６０７６６５１）
【氏名又は名称原語表記】Ｕｌｒｉｃｈ Ｒｉｅｂｅｌ
【住所又は居所原語表記】Ｄｏｒｆｓｔｒａｓｓｅ ３５， Ｄ−０３０９６ Ｂｒｉｅｓｅｎ， Ｇｅｒｍａｎｙ
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成１９年３月１日（２００７．３．１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年８月２４日（２００４．８．２４）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＥＰ２００４／００９４３９
【国際公開番号】ＷＯ２００５／０３３２１７
【国際公開日】平成１７年４月１４日（２００５．４．１４）
【出願人】（５０１０７３８６２）デグサ アクチエンゲゼルシャフト (837)
【氏名又は名称原語表記】Ｄｅｇｕｓｓａ ＡＧ
【住所又は居所原語表記】Ｂｅｎｎｉｇｓｅｎｐｌａｔｚ １， Ｄ−４０４７４ Ｄｕｅｓｓｅｌｄｏｒｆ， Ｇｅｒｍａｎｙ
【出願人】（５０６０７６６５１）
【氏名又は名称原語表記】Ｕｌｒｉｃｈ Ｒｉｅｂｅｌ
【住所又は居所原語表記】Ｄｏｒｆｓｔｒａｓｓｅ ３５， Ｄ−０３０９６ Ｂｒｉｅｓｅｎ， Ｇｅｒｍａｎｙ
【Ｆターム（参考）】
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