米国のニューヨーク州が提案した最近の法案は、カーボン ブラックとは何か、その使用を制限する必要がある理由、印刷業界やその他の業界での使用、カーボン ブラックの現状を含め、2 年以内にカーボン ブラックの販売を禁止するものです。生産される物質、環境への潜在的な影響、および代替手段の実現可能性。
時間の経過とともに、人々は技術レベルと地理的資源条件に基づいて、カーボンブラックを製造するためのさまざまな方法を開発してきました。ファーネスブラックプロセスは現在最も効率的で広く使用されているプロセスですが、他のプロセスについても説明します。
ファーネスブラック処理
このプロセスでは、石油と天然ガスからの炭化水素を原料として使用し、世界のカーボン ブラックのほとんどを製造します。原料は熱分解のために反応器に注入されます。ただし、温度と酸素が制御された環境では部分的にしか燃焼しません。この制御された反応により、カーボンブラック粒子が生成および収集されます。今日のリアクター システムでは、顔料を生成するときに表面処理を適用して、特定の用途 (顔料の分散やインクの製造など) のパフォーマンスを向上させることができます。
カーボン ブラックは、一次粒子サイズが 10 ～ 80 nm の範囲の凝集体の粉末状です。処理を容易にするために、粉末を粒子に圧縮することができます。表面処理の変更に加えて、プロセス条件を変更して、構造や表面積などの特性を制御することもできます。

接触熱分解
カーボンブラックの熱分解プロセスでは、不活性条件下で予熱炉に天然ガスを注入する必要があります。その後、ガスはカーボンブラックと水素ガスに分解されます。嫌気性条件下では、生成されたカーボン ブラックはゆっくりと形成され、通常、得られる粒子は非常に純粋です。ファーネスブラックに比べて粒子径が大きく組織が悪くなります。このプロセスでは一対の炉を使用します。一方の炉が予熱されると、もう一方の炉は天然ガスを分解してカーボンブラックを生成します。分解プロセス中に生成される水素ガスは、この不連続プロセスで次のバッチの製品を製造するために 2 番目の炉を予熱するために使用できます。

ガスブラック処理（デグッサ処理）
ガスブラックプロセスは、コールタール留分を使用してヨーロッパで開発されました。油は蒸発するまで加熱されます。純粋な蒸発オイルは、水素を豊富に含むキャリアガスを通じて燃焼室に輸送されます。酸素が存在するため、得られるカーボン ブラック表面は酸素官能基で構成される高度な官能性を持ちます。このプロセスにより、高純度で粒径の小さなカーボンブラックが得られます。ファーネス ブラックと同様、ガス ブラックの特性により、インクやコーティングに理想的な選択肢となります。

カーボン ブラックを製造する他の歴史的なプロセスには、ランプ ブラック、グルーブ ブラック、アセチレン ブラック プロセスなどがあります。カーボン ブラックを自分で製造したい場合、それは非常に簡単です。冷水を入れたポットをキャンドルの上、オレンジ色の炎の内側に置きます。焦げたワックスの一部がカーボン ブラックの形で鍋の底に残ります。基本的に、キャンドルに火をつけたり、バーベキューをしたり、お香を焚いたり、蚊よけにレモングラスのキャンドルを使用したりすると、炭が黒くなってしまいます。

規制の問題
カーボンブラックに関連する規制問題について話すとき、最初のステップは重要な区別をすることです。顔料としての乾燥粉末カーボン ブラックについて話しているのでしょうか、それとも乾燥インク フィルム中に存在するカーボン ブラックを指しますか?まず、インクメーカーが受け取る粉末カーボンブラックを見てみましょう。
健康リスク
カーボンブラックに隠された最大の危険は、適切に扱わないと粉塵爆発が起こる可能性があることです。発生する粉塵の濃度が 1 立方メートルあたり 50 グラムを超えると、発火源の存在下で爆発または燃焼の危険があります。管理が適切に行われ、火元が注意深く除去されていれば、このリスクを最小限に抑えることができます。
2番目の問題は吸入です。カーボンブラック顔料の粒子は非常に小さいため、覆われていないと拡散しやすくなります。カーボンブラック粉塵を短期間吸入すると、炎症や上気道の不快感を引き起こす可能性があります。咳や喘鳴を引き起こす可能性があります。しかし、急性接触が生命を脅かす可能性があることを示唆する証拠はありません。
動物がカーボンブラックを長期間吸入すると、肺の過負荷や炎症を引き起こす可能性があります。炎症は遺伝毒性作用を引き起こす可能性がありますが、カーボンブラック自体は変異原性があるとは考えられていません。さらに、これらの結果は、吸入研究における不溶性無機粒子に関する他の研究と同様です。カーボン ブラックやその他の不溶性粒子に長期間さらされると肺活量の低下につながるため、カーボン ブラック パウダーを使用する場合は、個人用保護具 (PPE) を着用し、良好な労働衛生習慣を維持することが常に推奨されます。
カーボンブラックは目や皮膚を刺激しません。しかし、カーボン ブラックは他の粉末と同様に、機械的刺激を引き起こす可能性があり、皮膚を乾燥させる可能性があります。
国際がん研究機関 (IARC) は、カーボン ブラック粉末をクラス 2B 発がん物質として分類しています。国際カーボンブラック協会は、この分類の根拠は、実験用ラットが高用量の低溶解度粒子の吸入に特に敏感であることであると考えています。カーボンブラックとヒト肺がんとの関連を証明する十分な証拠はありません。非営利の米国政府産業衛生学者会議 (ACGIH) は、カーボンブラックは動物発がん性物質であることが確認されていると結論付けていますが、人間との関連性はまだ不明です。
カーボン ブラックがインクまたは塗料に配合されると、不溶性粒子としての使用に伴うリスクはすべて排除されます。これは重要な違いですが、上院法案はそれを見逃しているようで、誤ってカーボンブラックを有毒物質と呼んでいます。 NAPIMの規制・技術担当ディレクター、ジョージ・フックス氏は、「我々はこのことを非常に懸念しており、複数の業界や企業団体と連携して、この軽率で逆効果な法案に反対している」と語った。
環境への影響
1,500 万トンを超えるカーボンブラックの製造中に、2,900 万から 7,900 万トンの二酸化炭素が排出されると推定されています。天然ガスの代わりに水素を使用すると、二酸化炭素排出量を 19% 削減できます。その他の潜在的な環境影響としては、一酸化物の放出が挙げられます。

すでに説明したように、カーボン ブラック顔料は主に石油留分から作られます。カーボンブラックはタイヤなどの廃棄物から生産されており、一部の企業は現在再生可能資源を利用してカーボンブラックを生産しています。 Living Ink は、カーボン ネガティブ プロセスを通じてバイオマス廃棄物からカーボン ブラックを生成します。スクリーン印刷インキ、オフセット印刷インキ、フレキソ印刷インキの製造プロセスを改善しました。近い将来、インクジェットグレードの製品が登場する可能性があります。従来のカーボン ブラックと同様に、バイオマス由来のカーボン ブラック顔料は、嫌気性環境での燃焼によって生成されます。残念ながら、これらの再生可能な形態のカーボン ブラックも、提案されている州法によって禁止される予定です。

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