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カーボンブラックの製造方法

カーボンブラックの歴史

カーボンブラックは、西洋では「スート」と、東洋では「松煙」と呼ばれていました。
1740年代にアメリカで工業生産が始まり、その製法から「ランプブラック」と呼ばれていきました。
「カーボンブラック」と言う名称は、1870年代に天然ガスから製造した製品を「カーボンブラック」として市販したことに由来しています。
以後、「カーボンブラック」と呼ばれるようになり、「スート」や「松煙」は使われなくなりました。

カーボンブラックの製法

カーボンブラックは油やガスを酸素が多い状態で大きな炉の中で燃やして発生させます。炉の壁は空気と油が燃えて温度が高くなるので、レンガでおおわれています。油の量を変えたり、空気の量を変えたりして、炉の中の燃える温度を操作してカーボンブラック粒子の大きさや粒子のつながり方を変えています。
油からカーボンブラックができるまでの時間はとても短く、人間の目ではわかりません。

カーボンブラックの製法の分類

製法 原料 製造方法 説明
不完全燃焼法 芳香族炭化水素油 オイルファーネス法 現在主流の手法
鉱物油・植物油 ランプブラック法 最も古い工業的手法
天然ガス チャンネル法 火炎をチャンネル(溝型鋼)の下面に接触させる手法
ガスファーネス法 微粒径カーボンブラックに有用な手法
熱分解法 アセチレン アセチレン分解法 発熱反応のため連続運転可能な手法
天然ガス サーマル法 燃焼と熱分解を周期的に繰り返す手法

オイルファーネス法

現在のゴム用、カラー用カーボンブラックのほとんどはオイルファーネス法で生産されています。
ファーネス法とは燃料と空気による燃焼熱によって原料油を連続的に熱分解させてカーボンブラックを生成させる方法です。
高温に耐えうる耐火物を使用した特殊な反応部に熱風空気と燃料(油)を導入し、完全燃焼させ1300℃以上高温雰囲気を形成した上で液状の原料油を連続的に噴霧し熱分解させます。
反応炉下流域で生成したカーボンブラックを含む高温ガスに水を噴霧し1000℃以下まで急速に冷却され、反応を停止させます。
カーボンブラックの生成から反応停止までの反応滞留時間は一般的に数ミリ秒~2秒と非常に短いです。
このような短時間の反応プロセスにおいて、反応炉の形や反応炉の製造条件、たとえば、反応温度や反応時間を調節することによって、様々な粒子径やストラクチャー(粒子の繋がり)を持ったカーボンブラックを製造することができます。

オイルファーネス法の生成炉内のイメージ図