米国ニューヨーク州が最近提案した、2年以内にカーボンブラックの販売を禁止する法案について、カーボンブラックとは何か、なぜその使用を制限すべきなのか、印刷業界やその他の業界での使用、製造方法、環境への潜在的な影響、代替品の実現可能性などを含めて解説する。
時代とともに、人々はそれぞれの技術レベルや地理的な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様々な方法を開発してきた。現在、ファーネスブラック法が最も効率的で広く用いられている方法であるが、ここでは他の方法についても考察する。
炉黒染め処理
このプロセスでは、石油や天然ガス由来の炭化水素を原料として、世界のカーボンブラックの大部分を生産しています。原料は反応器に投入され、熱分解されます。しかし、温度と酸素濃度が制御された環境下では、原料は部分的にしか燃焼しません。この制御された反応によって、カーボンブラック粒子が生成され、回収されます。今日の反応器システムでは、顔料を生成する際に表面処理を施すことで、特定の用途（顔料分散やインク製造など）における性能を向上させることができます。
カーボンブラックは、10～80nmの一次粒子径を持つ凝集体の粉末状物質である。加工を容易にするため、粉末を圧縮して粒子状にすることができる。表面処理による改質に加え、構造や表面積などの特性を制御するために、加工条件を調整することもできる。

触媒熱分解
熱分解カーボンブラック製造プロセスでは、不活性雰囲気下で天然ガスを予熱炉に送り込む必要があります。すると、ガスは分解してカーボンブラックと水素ガスになります。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、得られる粒子は通常非常に純度が高いです。炉ブラックと比較すると、粒子サイズが大きく、構造が劣ります。このプロセスでは2つの炉を使用します。一方の炉が予熱されている間、もう一方の炉で天然ガスを分解してカーボンブラックを生成します。この分解プロセスで生成された水素ガスは、2番目の炉を予熱して次のバッチの製品を生産するために使用できます。

ガスブラック法（デグサ法）
ガスブラック製造法は、コールタール留分を用いてヨーロッパで開発されました。油を加熱して蒸発させ、純粋な蒸発油を水素を豊富に含むキャリアガスで燃焼室に送ります。酸素が存在するため、生成されるカーボンブラックの表面は酸素官能基からなる高い官能性を持ちます。この製法により、高純度で微粒子サイズのカーボンブラックを製造できます。ガスブラックは、ファーネスブラックと同様に、インクやコーティング剤として理想的な特性を備えています。

カーボンブラックを製造するその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などがあります。自分でカーボンブラックを作りたい場合は、とても簡単です。ろうそくの真上、オレンジ色の炎の内側に冷水を入れた鍋を置きます。すると、燃えたロウの一部がカーボンブラックの形で鍋の底に沈殿します。つまり、ろうそくを灯したり、バーベキューをしたり、お香を焚いたり、レモングラスのろうそくを使って蚊よけをしたりすると、基本的に炭黒を作っていることになります。

規制上の問題
カーボンブラックに関する規制上の問題について議論する際、まず重要な区別を明確にする必要があります。ここで言うカーボンブラックとは、顔料としての乾燥粉末状のカーボンブラックのことでしょうか、それとも乾燥インク膜に含まれるカーボンブラックのことでしょうか？まずは、インクメーカーが受け取る粉末状のカーボンブラックについて見ていきましょう。
健康リスク
カーボンブラックの最大の隠れた危険性は、適切に取り扱わないと粉塵爆発が発生する可能性があることです。発生した粉塵の濃度が1立方メートルあたり50グラムを超えると、着火源が存在する場合に爆発または燃焼する危険性があります。適切な管理を行い、火源を慎重に除去すれば、この危険性を最小限に抑えることができます。
2つ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、覆われていないと容易に拡散します。カーボンブラックの粉塵を短時間吸入すると、刺激や上気道の不快感を引き起こす可能性があります。これにより、咳や喘鳴が生じることもあります。しかし、急性接触が生命を脅かすという証拠はありません。
動物におけるカーボンブラックの長期吸入は、肺の過負荷と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につながる可能性がありますが、カーボンブラック自体は変異原性物質とはみなされていません。さらに、これらの結果は、吸入試験における不溶性無機粒子に関する他の研究結果と類似しています。カーボンブラックやその他の不溶性粒子への長期曝露は肺活量の低下につながるため、カーボンブラック粉末を使用する際は、常に個人用保護具（PPE）を着用し、良好な職業衛生習慣を維持することが推奨されます。
カーボンブラックは目や皮膚を刺激しません。しかし、機械的な刺激を引き起こす可能性があり、他の粉末と同様に、皮膚を乾燥させることがあります。
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の発がん性物質に分類しています。国際カーボンブラック協会は、この分類の根拠は、実験用ラットが溶解度の低い粒子を高濃度で吸入することに特に敏感であることにあると考えています。カーボンブラックとヒトの肺がんとの関連性を証明する十分な証拠はありません。非営利団体である米国産業衛生専門家会議（ACGIH）は、カーボンブラックは動物発がん性物質であると結論付けていますが、ヒトとの関連性はまだ明らかになっていません。
カーボンブラックがインクや塗料に配合されると、不溶性粒子として使用される際に生じるあらゆるリスクは排除されます。これは重要な違いであり、上院法案はこの点を軽視し、カーボンブラックを誤って有毒物質と呼んでいるようです。NAPIMの規制問題・技術担当ディレクターであるジョージ・フックス氏は、「私たちはこの件を非常に懸念しており、この軽率で逆効果な法案に反対するため、複数の業界団体や企業団体と連携しています」と述べています。
環境への影響
1500万トンを超えるカーボンブラックの製造過程で、2900万トンから7900万トンの二酸化炭素が排出されると推定されている。天然ガスの代わりに水素を使用すれば、二酸化炭素排出量を19%削減できる可能性がある。その他の潜在的な環境影響としては、一酸化炭素の放出などが挙げられる。

前述のとおり、カーボンブラック顔料は主に石油留分から作られています。カーボンブラックはタイヤなどの廃棄物から製造され、現在、一部の企業は再生可能資源を利用してカーボンブラックを製造しています。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製造しています。同社はスクリーン印刷インク、オフセット印刷インク、フレキソ印刷インク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高いです。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製造されます。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可能性があります。

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