DE60107474T2

DE60107474T2 - Siliziumdioxidpulver und Verfahren zu seiner Herstellung

Info

Publication number: DE60107474T2
Application number: DE60107474T
Authority: DE
Inventors: Maki Ohmiya-shi Sugino; Hiroki Ohmiya-shi Hirata; Katsumi Ohmiya-shi Ogi
Original assignee: Mitsubishi Materials Corp
Current assignee: Mitsubishi Materials Corp
Priority date: 2000-02-24
Filing date: 2001-02-06
Publication date: 2005-04-14
Anticipated expiration: 2021-02-07
Also published as: DE60107474D1; US6855751B2; EP1127924A3; US20030216491A1; US20010034381A1; US6569922B2; JP4438207B2; JP2001311018A; EP1127924B1; EP1127924A2

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Siliciumdioxidpulver, das einem Aufzeichnungsmaterial zugesetzt wird, welches bei Tintenstrahldruckern verwendet wird, sowie auf ein Verfahren zur Herstellung des Siliciumdioxidpulvers.
In den vergangenen Jahren wurden Tintenstrahldrucker in einem großen Umfang zu Hause und im Büro verwendet aufgrund ihrer Vorteile, wie niedriger Preis, Geräuschlosigkeit, geringe Betriebskosten, hohe Druckqualität und so weiter. Die Faktoren, welche zu der großen Verbreitung von Tintenstrahldruckern führten, beruhen darauf, dass vollfarbige und sehr scharfe Bilder hergestellt werden können aufgrund der erstaunlichen Fortschritte bei den Tintenstrahldruckern, sowie darauf, dass die Preise für Tintenstrahldrucker niedriger sind als bei Farblaserdrucker. Mit fortschreitender Verbreitung von Computern scheint es einen zunehmenden Bedarf an Tintenstrahldruckern zu geben.
Bei einem Tintenstrahldrucker wird die Tinte von einem Tintentank über eine Düse in Tröpfchenform gemäß einem elektrischen Signal von dem Computer ausgestoßen, um ein Schriftbild oder ein Bild auf einem Aufzeichnungsmaterial zu erzeugen. Das Aufzeichnungsmaterial für einen Tintenstrahldrucker kann durch Beschichtung eines Rohblattes mit einer transparenten Schicht, welche die Tinte aufnimmt, gebildet werden. Das Rohblatt umfasst ein synthetisches Papier, eine Polyethylenterephthalatfolie und so weiter. Die Tinte aufnehmende Schicht umfasst ein Bindemittel, ein anorganisches Oxid, Wasser, usw. als Ausgangsmaterialien, wobei diese Schicht durch Mischen dieser Komponenten in einer Aufschlämmung gebildet werden kann. Das Material für das Bindemittel ist Polyvinylalkohol und das anorganische Oxid umfasst Siliciumdioxid, Aluminiumoxid usw. Bei Kontakt mit der Tinte aufnehmenden Schicht wird die Tinte durch das Bindemittel absorbiert und das anorganische Oxid dient zur Hemmung des Ausblutens der Tinte.
Die für das Aufzeichnungsmaterial für einen Tintenstrahldrucker erforderlichen Eigenschaften sind eine schnelle Absorption der Tinte, kein Ausbluten der Tinte, Glanz und Schärfe der erzielten Bilder und so weiter.
Das Dokument US-A-4,826,895 behandelt eine Farbzusammensetzung für Unterbeschichtung. Die Zusammensetzung besteht aus zwei getrennten Komponenten, wobei die erste Komponente ein Epoxypolyolharz ist und die zweite Komponente Siliciumdioxid-Partikel darstellt. Das Dokument erwähnt, dass „die Siliciumdioxid-Partikel mit einem in geeigneter Weise ausgewählten Harz vermischt sind", wobei das Epoxyharz zuvor mit einer Aminoverbindung reagiert haben kann.
Das Dokument EP-A-0 870 790 handelt von einer härtbaren Epoxyharzzusammensetzung. Das Dokument beschreibt die Gegenwart eines Absorptionsmittels oder eines Adsorptionsmittels. Das Absorptionsmittel oder das Adsorptionsmittel kann das Polyolharz absorbieren oder adsorbieren, ohne dass eine chemische Reaktion durchgeführt wird.
Das Dokument GB-A-1 071 167 beschreibt eine Mischung eines Epoxyharzes und eines Vernetzungsmittels. Die Lehre des Dokumentes besteht in der Reaktion der Epoxyverbindung mit dem Amin in einem ersten Schritt und in der Zugabe des Reaktionsproduktes in einem zweiten Schritt zu dem Füllstoff.
Das Dokument US-A-3,407,165 stellt auf einer Unterlage zwei verschiedene Typen von Pulver bereit, nämlich ein grober Füllstoff und ein pulverförmiger Füllstoff. Das pulverförmige Pulver besteht optional aus Siliciumdioxid. Beide Füllstofftypen sind eingelagert in eine Beschichtung, die durch Reaktion eines härtbaren, flüssigen, organischen Harzes erzeugt wird. Es gibt keinen Grund für die Annahme einer Reaktion der Epoxidverbindung mittels einer der Epoxidgruppen mit dem Siliciumdioxidpulver, was die nachfolgende Reaktion eines Amins mit dem anfänglichen Siliciumdioxid-Epoxyprodukt allein lässt.
Das Dokument US-A-4,245,005 offenbart ein poröses Siliciumdioxid, das mit einer Adsorbatschicht beschichtet ist, wobei die Adsorbatschicht mittels kovalenter Vernetzung stabilisiert ist. Das Dokument beschreibt Polyethyleniminbeschichtungen, die optional mit einem Epoxy-Vernetzer vernetzt sind.
Das Dokument US-A-3,383,347 stellt eine Epoxyharz-Beschichtungszusammensetzung bereit, die eine Epoxykomponente umfasst, welche offensichtlich nur mit dem Vernetzungsmittel reagiert.
Die Anforderungen an eine hohe Bildschärfe bei Bildern nehmen stetig zu. Im Falle des Drucks von Fotographien zeigen die gegenwärtigen Aufzeichnungsmaterialien für Tintenstrahldrucker Probleme, wie das Ausbluten der Tinte und eine nicht zufriedenstellende Farbabstufung.
Demgemäss ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Siliciumdioxidpulver mit einer hohen Fähigkeit zur Adsorption an einen Tintenfarbstoff sowie ein Verfahren zur Herstellung des Siliciumdioxidpulvers bereitzustellen.
Die Erfindung nach Anspruch 1 stellt ein Siliciumdioxidpulver bereit, das mit einer Epoxyverbindung, die mehrere Epoxygruppen hat, oberflächenbehandelt ist, wobei wenigstens eine der Epoxygruppen der Epoxyverbindung ringgeöffnet ist und mit der Oberfläche des Siliciumdioxidpulvers verbunden ist, während die restlichen Epoxygruppen der Epoxyverbindung mit einer Aminverbindung reagiert haben und daran gebunden sind.
Bei der Erfindung nach Anspruch 1 ist zumindest eine der Epoxygruppen der Epoxyverbindung, die mehrere Epoxygruppen hat, ringgeöffnet und an die Oberfläche des Siliciumdioxidpulvers gebunden, während die restlichen Epoxygruppen mit einer Aminverbindung reagiert haben und an diese gebunden sind, wodurch ein Siliciumdioxidpulver mit einer oder mehreren Aminogruppen an der Oberfläche hergestellt ist. Bei Verwendung des so hergestellten Siliciumdioxidpulvers Additiv für ein Aufzeichnungsmaterial eines Tintenstrahldruckers ist die Adsorption an die Tinte erhöht und ein Nachziehen oder Ausbluten der Tinte kann verhindert werden.
Die Erfindung nach Anspruch 2 ist eine Erfindung gemäß Anspruch 1 und stellt ein Siliciumdioxidpulver bereit, wobei die Epoxyverbindung eine Verbindung ist, die kein Metall enthält und eine relative Molekülmasse im Bereich von 200 bis 1 .000 hat.
Bei der Erfindung nach Anspruch 2 enthält die Epoxyverbindung kein Metall. Falls die Epoxyverbindung ein Metall enthält, wird der Prozentsatz der Oberflächenbesetzung des Metalls auf der Oberfläche des Siliciumdioxidpulvers groß, wodurch es unmöglich wird, viele Epoxygruppen an der Oberflächen des Siliciumdioxidpulvers bereitzustellen. Die relative Molekülmasse der Epoxyverbindung liegt innerhalb des Bereiches von 200 bis 1.000, vorzugsweise von 200 bis 700. Da eine Epoxyverbindung mit einer relativen Molekülmasse von größer als 1.000 hoch viskos ist, wird eine Verdünnung der Epoxyverbindung mit einer großen Menge eines Lösungsmittels notwendig, wodurch es unmöglich wird, viele Epoxygruppen auf der Oberfläche des Siliciumdioxidpulvers bereitzustellen.
Die Erfindung nach Anspruch 3 ist eine Erfindung gemäß Anspruch 1 und stellt ein Siliciumdioxidpulver bereit, wobei das Siliciumdioxidpulver eine primäre durchschnittliche Partikelgröße im Bereich von 5 bis 50 nm hat.
Bei der Erfindung nach Anspruch 3 liegt die primäre durchschnittliche Partikelgröße des Siliciumdioxidpulvers innerhalb des Bereiches von 5 bis 50 nm, vorzugsweise von 5 bis 7 nm. Falls die primäre durchschnittliche Partikelgröße größer als 50 nm ist, ist die Fähigkeit zur Adsorption an die Tinte reduziert, was das Problem des Verschmierens aufgrund des Ausblutens der Tinte hervorrufen kann, wenn solch ein Silciumdioxidpulver als Ausgangsmaterial eines Aufzeichnungsmaterials für einen Tintenstrahldrucker verwendet wird.
Die Erfindung nach Anspruch 4 ist eine Erfindung gemäß Anspruch 1 und stellt ein Siliciumdioxidpulver bereit, wobei die Aminverbindung ein Amin ist, das aliphatisch ist und wenigstens ein Stickstoffatom enthält.
Bei der Erfindung nach Anspruch 4 ist die Aminverbindung vorzugsweise ein Amin, das wenigstens zwei Stickstoffatome in einem Molekül enthält. Das Siliciumdioxidpulver, welches unter Verwendung von solch einer Aminverbindung hergestellt wird, hat viele nicht-kovalente Elektronenpaare auf seiner Oberfläche und kann somit eine verbesserte Fähigkeit zur Adsorption einer Tinte besitzen.
Die Erfindung nach Anspruch 5 ist eine Erfindung gemäß Anspruch 1 und stellt ein Siliciumdioxidpulver bereit, wobei das Siliciumdioxidpulver eine spezifische Oberfläche im Bereich von 50 bis 380 m²/g hat.
Bei der Erfindung nach Anspruch 5 liegt die spezifische Oberfläche im Bereich von 50 bis 380 m²/g, vorzugsweise von 300 bis 380 m²/g. Falls ein Siliciumdioxidpulver mit einer spezifischen Oberfläche von weniger als 50 m²/g als Ausgangsmaterial für das Aufzeichnungsmaterial verwendet wird, nimmt die Menge der Tinte, die durch das Silicium-dioxidpulver adsorbiert wird, ab. Dadurch kann ein Nachziehen durch Ausbluten der Tinte hervorgerufen werden, was zu einer Unschärfe bei dem erzielten Bild führt. Falls die spezifische Oberfläche 380 m²/g übersteigt, kann eine schwache Dispergierbarkeit des Siliciumdioxid-pulvers auftreten.
Die Erfindung nach Anspruch 6 ist eine Erfindung gemäß Anspruch 1 und stellt ein Siliciumdioxidpulver bereit, wobei das Siliciumdioxid-pulver eine Aminogruppenäquivalenz im Bereich von 6,0 × 10^–6 bis 1,2 × 10^–2 Mol/g hat.
Bei der Erfindung nach Anspruch 6 liegt die Aminogruppenäquivalenz innerhalb des Bereiches von 6,0 × 10^–6 bis 1,2 × 10^–2 Mol/g, vorzugsweise im Bereich von 4,0 × 10^–4 bis 1,2 × 10^–2 Mol/g. Falls ein Siliciumdioxidpulver mit einer Aminogruppenäquivalenz von weniger als 6,0 × 10^–6 Mol/g als Ausgangsmaterial des Aufzeichnungsmaterials verwendet wird, nimmt die Menge der Tinte, die durch das Siliciumdioxidpulver adsorbiert wird, ab, wodurch ein Nachziehen durch Ausbluten der Tinte hervorgerufen werden kann, was zu einer Unschärfe des erzielten Bildes führen kann. Falls die Aminogruppenäquivalenz 1,2 × 10^–2 Mol/g übersteigt, kann eine schwache Dispergierbarkeit des Siliciumdioxidpulvers auftreten.
Die Erfindung nach Anspruch 7 stellt ein Verfahren zur Herstellung eines Siliciumdioxidpulvers bereit, das die Oberflächenbehandlung eines Siliciumdioxidpulvers mit einer Epoxyverbindung und einer Aminverbindung umfasst.
Gemäß der Erfindung nach Anspruch 7 ermöglicht die Verwendung dieses Verfahrens die Herstellung eines Siliciumdioxidpulvers mit einer guten Fähigkeit zur Tintenadsorption.
Die Erfindung noch Anspruch 7 stellt ein Verfahren zur Herstellung eines Siliciumdioxidpulvers bereit, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst, wie dies in den 1(a) und 1(b) dargestellt ist; Tropfenweise Zugabe oder Versprühen einer flüssigen Phase der Epoxyverbindung (11) mit mehreren Epoxygruppen zu oder auf das Siliciumdioxidpulver (10), das in einem fluidisierten Zustand gehalten wird; Erhitzen des Siliciumdioxidpulvers (10), dem die Epoxyverbindung (11) tropfenweise zugesetzt oder das mit dieser besprüht wurde, in einem fluidisierten Zustand auf eine Temperatur von 90 bis 200°C, um ein primäres Produkt (12) herzustellen; tropfenweises Zugeben oder Versprühen einer flüssigen Phase der Aminverbindung (13) zu oder auf das primäre Produkt (12), das in einem fluidisierten Zustand gehalten wird; und Erhitzen des primären Produktes (12), dem die Aminver-bindung (13) tropfenweise zugesetzt oder das mit dieser besprüht wurde, in einem fluidisierten Zustand auf eine Temperatur von 90 bis 200°C.
Bei der Erfindung nach Anspruch 7 kann die Epoxyverbindung durch Reaktion mit der oder den Hydroxylgruppen, die auf der Oberfläche des Siliciumdioxidpulvers vorhanden sind, ringgeöffnet sein, um an die Oberfläche des Siliciumdioxidpulvers zu binden aufgrund der hohen Reaktivität der Epoxyverbindung. Dann reagiert die Oberfläche des primären Produktes mit den Epoxygruppen mit der Aminverbindung. Auf diese Weise kann ein Siliciumdioxidpulver mit einer oder mehreren Aminogruppen daran hergestellt werden. Die für die Oberflächenbehandlung erforderliche Temperatur liegt bei 90 bis 200°C. Wenn die Temperatur niedriger als 90°C ist, kann die Reaktion der Epoxyverbindung mit der Oberfläche des Siliciumdioxidpulvers in nicht ausreichender Weise durchgeführt werden. In diesem Fall, wenn das erste und das zweite Lösungsmittel verwendet wird, können die Lösungsmittel ferner nicht vollständig verdampft werden und verbleiben auf der Oberfläche des Siliciumdioxidpulvers, was zu einer Hemmung der Eigenschaften des erzielten Siliciumdioxidpulvers führt. Wenn die Temperatur größer als 200°C ist, kann die Epoxyverbindung und die Aminverbindung thermisch abgebaut werden.
Die Erfindung nach Anspruch 8 ist eine Erfindung gemäß Anspruch 7 und die Erfindung nach Anspruch 11 ist eine Erfindung gemäß Anspruch 10, wobei diese Erfindungen jeweils ein Verfahren für die Herstellung eines Siliciumdioxidpulvers bereitstellen, wobei die flüssige Phase der Epoxyverbindung durch Lösen der Epoxyverbindung in einem ersten Lösungsmittel hergestellt wird und die flüssige Phase der Aminverbindung durch Lösen der Aminverbindung in einem zweiten Lösungsmittel hergestellt wird.
Bei beiden Erfindungen gemäß den Ansprüchen 8 und 11 werden die Epoxyverbindung und die Aminverbindung in dem ersten bzw. in dem zweiten Lösungsmittel gelöst, um die flüssigen Phasen zu bilden. Jede dieser flüssigen Phasen wird tropfenweise dem Siliciumdioxidpulver zugesetzt oder darauf versprüht, so dass beide Verbindungen sich einheitlich auf der Oberfläche des Siliciumdioxidpulvers ablagern können.
Die Erfindung nach Anspruch 9 ist eine Erfindung gemäß Anspruch 8 und die Erfindung von Anspruch 12 ist eine Erfindung gemäß Anspruch 11, wobei die Erfindungen jeweils ein Verfahren zur Herstellung eines Siliciumdioxidpulvers bereitstellen, wobei das erste und zweite Lösungsmittel jeweils Aceton, Hexan, Toluol, Chloroform, Diisopropylether oder Tetrahydrofuran sind.
Bei beiden Erfindungen gemäß den Ansprüchen 9 und 12 ist das erste Lösungsmittel vorzugsweise Aceton, das keine Reaktivität mit der Epoxyverbindung zeigt, weniger toxisch und preiswert ist. Das zweite Lösungsmittel ist vorzugsweise Tetrahydrofuran (im folgenden als „THF" bezeichnet), das weniger toxisch und preiswert ist, oder Aceton.
Die Erfindung nach Anspruch 10 ist eine alternative Ausführungsform zu der Erfindung gemäß Anspruch 7 und stellt ein Verfahren zur Herstellung eines Siliciumdioxidpulvers bereit, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: tropfenweises Zugeben oder Versprühen von einer flüssigen Phase der Epoxyverbindung mit mehreren Epoxygruppen und von einer flüssigen Phase der Aminverbindung zu oder auf das Siliciumdioxidpulver, das gleichzeitig in einem fluidisierten Zustand geholten wird; und Erhitzen des Siliciumdioxidpulvers, dem die Epoxyverbindung und die Aminverbindung tropfenweise zugesetzt oder das mit diesen besprüht wurde, in einem fluidisierten Zustand auf eine Temperatur von 90 bis 200°C.
Bei der Erfindung nach Anspruch 10 wird die Oberfläche des Siliciumdioxidpulvers mit der Epoxyverbindung und der Aminverbindung gleichzeitig behandelt. Bei diesem Verfahren kann die Epoxygruppe, die im Vergleich zu der Aminverbindung stärker reaktiv ist, vorzugsweise an die Oberfläche des Siliciumdioxidpulvers binden. Demgemäss kann das gleiche Siliciumdioxidpulver, wie jenes nach der Erfindung 7, erzielt werden.
Die Erfindung nach Anspruch 13 ist eine Erfindung gemäß Anspruch 7 oder 10 und stellt ein Verfahren zur Herstellung eines Siliciumdioxidpulvers bereit, wobei die Oberflächenbehandlung des Siliciumdioxidpulvers mit der Epoxyverbindung mit einer Menge von 0,1 bis 60 Gewichtsteilen und mit der Aminverbindung mit einer Menge 0,1 bis 50 Gewichtsteilen durchgeführt wird, wobei dies jeweils auf 100 Gewichtsteilen des Siliciumdioxidpulvers basiert.
Bei der Erfindung nach Anspruch 13 beträgt der Mischungsanteil der Epoxyverbindung 0,1 bis 60 Gewichtsteile, vorzugsweise 20 bis 60 Gewichtsteile auf Basis von 100 Gewichtsteilen des Siliciumdioxidpulvers. Wenn der Mischungsanteil kleiner als 0,1 Gewichtsteile ist, können nichtreagierte Hydroxylgruppen auf der Oberfläche des Siliciumdioxidpulvers verbleiben. Wenn der Mischungsanteil größer als 60 Gewichtsteile ist, kann das Siliciumdioxidpulver eine Koagulation hervorrufen. Der Mischungsanteil der Aminverbindung beträgt 0,1 bis 50 Gewichtsteile, vorzugsweise 5 bis 50 Gewichtsteile auf Basis von 100 Gewichtsteilen des Siliciumdioxid-pulvers. Wenn der Mischungsanteil kleiner als 0,1 Gewichtsteile ist, kann eine ausreichende Zahl an Aminogruppen auf der Oberfläche des Siliciumdioxidpulvers nicht bereitgestellt werden. Wenn der Mischungs-anteil größer als 50 Gewichtsteile beträgt, kann das Siliciumdioxidpulver eine Koagulation hervorrufen.
Die Erfindung nach Anspruch 14 ist eine Erfindung gemäß Anspruch 8 oder 11 und stellt ein Verfahren für die Herstellung eines Siliciumdioxidpulvers bereit, wobei die Epoxyverbindung wenigstens zwei Epoxygruppen hat, kein Metall enthält und eine relative Molekülmasse im Bereich von 200 bis 1.000 besitzt.
Wenn die Epoxyverbindung nur eine Epoxygruppe hat, kann die Epoxygruppe nach der Erfindung von Anspruch 14 bei der Bindung an die Oberfläche des Siliciumdioxidpulvers ringgeöffnet werden und somit kann die Aminverbindung auf der Oberfläche des Siliciumdioxidpulvers nicht modifiziert werden.
Die Erfindung nach Anspruch 15 ist eine Erfindung gemäß Anspruch 7 oder 10 und stellt ein Verfahren zur Herstellung eines Siliciumdioxidpulvers bereit, wobei die Oberflächenbehandlung des Siliciumdioxidpulvers oder des primären Produktes in einer inerten Gasatmosphäre durchgeführt wird.
Bei der Erfindung nach Anspruch 15 ist es bevorzugt, die Oberflächenbehandlung in einer inerten Gasatmosphäre durchzuführen. Wenn dies in einer Atmosphäre durchgeführt wird, die keine inerte Gasatmosphäre darstellt, kann die Epoxygruppe aufgrund ihrer hohen Reaktivität ringgeöffnet werden.
Das gemäß der vorliegenden Erfindung oberflächenbehandelte Siliciumdioxidpulver kann mit einem Nassverfahren oder einem Trockenverfahren hergestellt werden. Beispielhafte Epoxyverbindungen, die bei dem Herstellungsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet werden können, umfassen Glycidylether, die mindestens zwei Epoxygruppen besitzen, wie Glyceroltriglycidylether [2(a)], Glyceroldiglycidylether [2(b)], Diglycerolpolyglycidylether, Polypropylenglycoldiglycidylether [2(c)], Ethylenglycoldiglycidylether [2(d)], Trimethylolpropanpolyglycidylether [2(e)], Neopentylglycoldiglycidylether [2(f)] und Polyethylenglycoldiglycidylether [2(g)]. Beispielhafte Aminverbindungen umfassen Diethylamin [(C₂H₅)₂NH], Diethanolamin [(C₂H₄OH)₂NH], N-Methylethanolamin (CH₃NHCH₂CH₂OH), Ethylendiamin (H₂NCH₂CH₂NH₂), Diethylentriamin [(N₂NCH₂CH₂)₂NH] und Tetraethylenpentamin.
Das Herstellungsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung wird nun unter Bezug auf die 1 erläutert.
Wie in der 1(a) dargestellt, ist ein Siliciumdioxidpulver 10 mit einer primären durchschnittlichen Partikelgröße von 5 bis 50 nm mit einer Epoxyverbindung 11 oberflächenbehandelt.
Wenn das Siliciumdioxidpulver mit einem Trockenverfahren hergestellt wird, wird die Oberflächenbehandlung mit der Epoxyverbindung auch vorzugsweise mit einem Trockenverfahren durchgeführt, so dass die vorteilhaften Eigenschaften des mit einem Trockenverfahren hergestellten Siliciumdioxidpulvers, insbesondere keine Koagulationseigenschaft und eine gute Dispersionseigenschaft, nicht beeinträchtigt werden. Zusätzlich zu diesem Vorteil hat die Oberflächenbehandlung mit einem Trockenverfahren auch weitere Vorteile, da nur geringe Mengen der Epoxyverbindung und der Aminverbindung für die Oberflächenbehandlung benötigt werden, da die Mengen von diesen Verbindungen, die an dem Siliciumdioxidpulver haften, vollständig kontrolliert werden können, und da die Trennung des Siliciumdioxidpulvers nach der Oberflächenbehandlung, die bei einem Nassverfahren notwendig ist, eliminiert werden kann.
Die Oberflächenbehandlung des Siliciumdioxidpulvers mit einer Epoxyverbindung kann auch mit einem Nassverfahren durchgeführt werden, wobei das Siliciumdioxidpulver in einer Lösung der Epoxyverbindung, die in einem geeigneten Lösungsmittel gelöst ist, dispergiert wird.
Im folgenden wird das Verfahren für die Oberflächenbehandlung des Siliciumdioxidpulvers mit der Epoxyverbindung durch ein Trockenverfahren beschrieben. Zunächst wird das Siliciumdioxidpulver 10 in einem fluidisierten Zustand in einem Gefäß gehalten, wobei zum Beispiel ein Hochgeschwindigkeitsmischer verwendet wird. Wenn die Epoxyverbindung 11 in einer flüssigen Phase mit einer niedrigen Viskosität vorliegt, wird die verflüssigte Epoxyverbindung dann tropfenweise dem Siliciumdioxidpulver zugesetzt oder auf dieses gesprüht, welches in einem fluidisierten Zustand gehalten wird. Wenn die Epoxyverbindung ein Feststoff ist oder eine flüssige Phase mit einer hohen Viskosität, wird die Epoxyverbindung mit einem ersten Lösungsmittel verdünnt und die erzielte Verdünnung wird dann tropfenweise dem Siliciumdioxidpulver zugesetzt oder auf dieses gesprüht, welches in einem fluidisierten Zustand gehalten wird. Auf diese Weise kann die Epoxyverbindung an der Oberfläche des Siliciumdioxidpulvers einheitlich haften. Anschließend wird das erzielte Siliciumdioxidpulver auf 90 bis 200°C erhitzt, um die Reaktion vollständig durchzuführen, wodurch ein primäres Produkt 12 hergestellt werden kann. Selbst wenn die Epoxyverbindung in einer flüssigen Phase mit einer niedrigen Viskosität vorliegt, kann es bevorzugt sein, eine Verdünnung der Epoxyverbindung durch Lösen im ersten Lösungsmittel herzustellen und dann diese tropfenweise dem Siliciumdioxidpulver zuzugeben oder darauf zu versprühen. Auf diese Weise kann die Epoxyverbindung einheitlich auf der Oberfläche des Siliciumdioxid-pulvers haften. Das erste Lösungsmittel ist nicht besonders eingeschränkt, solange es die verwendete Epoxyverbindung lösen kann. In spezifischer Weise kann das erste Lösungsmittel Aceton, Hexan, Toluol, Chloroform, Diisopropylether, THF oder ähnliches sein.
Durch die Oberflächenbehandlung kann wenigstens eine der mehreren Epoxygruppen der Epoxyverbindung mit der Hydroxylgruppe, die auf der Oberfläche des Siliciumdioxidpulvers vorhanden ist, reagieren, um ringgeöffnet zu werden. Die restlichen Epoxygruppen verbleiben ohne Reaktion. Die Epoxyverbindung kann so chemisch an das Siliciumdioxidpulver durch die Ringöffnungsreaktion der Epoxygruppen in solch einem Zustand binden, dass wenigstens eine nicht-reagierte Epoxygruppe verbleibt, wodurch die Epoxygruppen auf der Oberfläche des Siliciumdioxidpulvers wirksam bereitgestellt werden. Dies bedeutet, dass das Siliciumdioxidpulver mit einem organischen Material beschichtet werden kann, welches Epoxygruppen enthält, die chemisch an der Oberfläche des Siliciumdioxidpulvers binden, so dass es möglich wird, viele Epoxygruppen an der Oberfläche des Siliciumdioxidpulvers bereitzustellen. Die für die Oberflächenbehandlung verwendete Epoxyverbindung kann eine organische Verbindung mit wenigstens zwei Epoxygruppen sein. Die Bindungsstellen der Epoxygruppen in der Epoxyverbindung sind nicht besonders eingeschränkt. Eine Verbindung ist jedoch bevorzugt, bei der zwei Epoxygruppen an beiden Enden des Epoxyverbindungsmoleküls vorhanden sind.
Wie in der 1(b) gezeigt, wird das primäre Produkt 12 weiter mit der Aminverbindung 13 oberflächenbehandelt. Bei dieser Oberflächenbehandlung können die nicht-reagierten Epoxygruppen, die an der Oberfläche des Siliciumdioxidpulvers verbleiben, mit der Aminverbindung reagieren, um ein Siliciumdioxidpulver zu erzielen, das Aminogruppen an seiner Oberfläche hat. Dies bedeutet, dass die Epoxygruppen, die an der Oberfläche des primären Produktes verbleiben, eine Ringöffnungsreaktion mit der Aminverbindung hervorrufen können, wodurch ein sekundäres Produkt 14 hergestellt werden kann, das Aminogruppen an seiner Oberfläche hat.
Wenn das Siliciumdioxidpulver mit einem Trockenverfahren hergestellt wird, wird die Oberflächenbehandlung mit der Aminverbindung vorzugsweise durch ein Trockenverfahren durchgeführt, so dass die vorteilhaften Eigenschaften des durch das Trockenverfahren hergestellten Siliciumdioxidpulvers, wie keine Koagulationseigenschaften und gute Dispersionseigenschaften, nicht beeinträchtigt werden, wie das im Falle der Oberflächenbehandlung des Siliciumdioxid-pulvers mit der Epoxyverbindung auch auftritt.
Die Oberflächenbehandlung des primären Produktes mit der Aminverbindung kann auch mit einem Nassverfahren durchgeführt werden.
Im folgenden wird das Verfahren für die Oberflächenbehandlung des primären Produktes mit der Aminverbindung durch ein Trockenverfahren beschrieben. Zunächst wird das primäre Produkt 12 in einem fluidisierten Zustand in einem Gefäß gehalten, wobei zum Beispiel ein Hochgeschwindigkeitsmischer verwendet wird. Wenn die Aminverbindung 13 als flüssige Phase mit einer niedrigen Viskosität vorliegt, wird die flüssige Aminverbindung tropfenweise dem primären Produkt zugesetzt oder darauf versprüht, welches in einem fluidisierten Zustand gehalten wird. Wenn die Aminverbindung ein Feststoff ist oder als eine flüssige Phase mit einer hohen Viskosität vorliegt, wird die Aminverbindung mit einem zweiten Lösungsmittel verdünnt und die erzielte Verdünnung wird tropfenweise dem primaren Produkt zugesetzt oder darauf versprüht, welches in einem fluidisierten Zustand gehalten wird. Auf diese Weise kann die Aminverbindung einheitlich an der Oberfläche des primären Produktes haften. Dann wird das erzielte primäre Produkt auf 90 bis 200°C erhitzt, um die Reaktion vollständig durchzuführen, wodurch ein sekundäres Produkt 14 hergestellt wird, auf dem die Aminoverbindung fixiert ist. Selbst wenn die Aminverbindung als flüssige Phase mit einer niedrigen Viskosität vorliegt, kann es bevorzugt sein, eine Verdünnung der Aminverbindung 13 durch Lösen in einem zweiten Lösungsmittel herzustellen und dann diese Verdünnung tropfenweise dem primären Produkt zuzugeben oder darauf zu versprühen. Auf diese Weise kann die Aminverbindung einheitlich auf der Oberfläche des primären Produktes haften. Das zweite Lösungsmittel ist nicht besonders eingeschränkt, solange es die verwendete Aminverbindung lösen kann und keine Reaktivität zu der Epoxyverbindung aufweist. Beispielhafte zweite Lösungs-mittel umfassen Aceton, Hexan, Toluol, Chloroform, Diisopropylether und THF.
Das Siliciumdioxidpulver wird für den Zweck des Fortschreitens der Reaktion der Hydroxylgruppen, die an der Oberfläche des Siliciumpulvers vorhanden sind, mit wenigstens einer Epoxygruppe der Epoxyverbindung sowie für die Reaktion der restlichen Epoxygruppen mit der Aminverbindung erhitzt. Diese Hitzebehandlung wird vorzugsweise in einer inerten Gasatmosphäre ausgeführt, so dass die Oxidation der Epoxyverbindung verhindert werden kann. Das inerte Gas umfasst Stickstoff, Argon und Helium. Der für die Hitzebehandlung erforderliche Zeitrahmen kann in Abhängigkeit von der Temperatur der Hitzebehandlung und den Typen der Epoxyverbindung und der Aminverbindung variieren, wobei die Zeitdauer vorzugsweise 1 bis 6 Stunden und mehr bevorzugt 1 bis 3 Stunden beträgt. Eine zu kurze Hitzebehandlung kann zu Nachteilen führen, wie eine nicht ausreichende Durchführung der Reaktion der Epoxyverbindung mit der Oberfläche des Siliciumdioxidpulvers und einer nicht vollständigen Verdampfung des Lösungsmittels. Dadurch werden die vorteilhaften Eigenschaften des Siliciumdioxidpulvers beeinträchtigt, wenn die Temperatur der Hitzebehandlung zu niedrig ist.
Wenn das Siliciumpulver, welches durch das oben beschriebene Verfahren hergestellt wird, als Ausgangsmaterial zur Bildung einer Tinten aufnehmenden Schicht eines Aufzeichnungsmaterials für einen Tintenstrahldrucker verwendet wird, tritt eine Protonisierung des nichtkovalenten Elektronenpaares der Aminogruppe auf, wodurch die Oberfläche des Siliciumdioxidpulvers elektrisch positiv ist. Andererseits hat der Farbstoffträger (der eine Farbe entwickelt) einer anionischen Verbindung, die eine Tintenfarbstoffkomponente bildet (d. h. die primären Farben Cyan, Magenta und Gelb sowie Schwarz) ein elektrisch negativ geladenes Ion mit einem elektrisch negativen Ion, das durch das positive Ion der Aminogruppe angezogen und auf der Oberfläche des Siliciumdioxidpulvers eingefangen wird. Im Ergebnis kann die Dispersion der Tintenfarbstoffkomponente in einem Bindemittel verhindert werden, was zur Bildung einer glänzenden und hellen Farbe führt.
Die Menge der Aminogruppen, die an der Oberfläche des Siliciumdioxidpulvers, welches gemäß der Erfindung hergestellt wird, bereitgestellt werden, wird als Aminogruppenäquivalenz bestimmt. Der Ausdruck „Aminogruppenäquivalenz", so wie er hier verwendet wird, bezieht sich auf die Zahl der Mole der Aminogruppen, die an 1 g des Siliciumdioxidpulvers haften. Die Bestimmung der Aminogruppenäquivalenz geschieht wie folgt. Zunächst werden 40 ml einer gemischten Lösung, die Chloroform : Essigsäure = 1 : 2 umfasst, und 0,1 Mol/L einer Perchlorsäure-Essigsäure-Lösung bereitgestellt. Dann wird 1 g eines Siliciumdioxidpulvers, das oberflächenbehandelt ist, in einem Becherglas zusammen mit 40 ml der gemischten Chloroform-Essigsäure-Lösung und einem Rühranker gegeben. Anschließend wird mit der Perchlorsäure-Essigsäure-Lösung unter Verwendung eines potentiometrischen Titrierapparates titriert, wobei mit einem Rührwerk gerührt wird. Der Wendepunkt der erzielten Titrationskurve wird als der Endpunkt definiert und die Aminogruppenäquivalenz wird gemäß der folgenden Gleichung (1) auf Basis der Titriermenge (ml) bestimmt. Aminogruppen-Äquivalent = [(Konzentration der Perchlorsäure) × (Faktor der Perchlorsäure) × (Titrationsmenge)]/1000 (1)
Beispiele
Beispiele und Vergleichsbeispiele für die vorliegende Erfindung werden im folgenden erläutert.
Beispiel 1
Ein Siliciumdioxidpulver mit einer spezifischen Oberfläche von 1 30 m²/g („Aerozil #130", ein Produkt von Nihon Aerozil) (100 g) wurde bereitgestellt. Glycerintriglycidylether („EX-314", ein Produkt von Nagase Chemicals Ltd.) (31 g) wurde als eine Epoxyverbindung und Aceton wurde als ein erstes Lösungsmittel bereitgestellt. Die Epoxyverbindung wurde in Aceton gelöst, um eine Epoxyverdünnung herzustellen. Diethylenamin (22 g) wurde als eine Aminverbindung und Aceton wurde als ein zweites Lösungsmittel bereitgestellt. Die Aminverbindung wurde in Aceton gelöst, um eine Aminverdünnung herzustellen.
Das Siliciumdioxidpulver wurde in einen Mischer gegeben und gerührt, so dass das Siliciumdioxidpulver in einem fluidisierten Zustand gehalten wurde. Die Epoxyverdünnung wurde dem in einem fluidisierten Zustand gehaltenen Siliciumdioxidpulver zugesetzt, wodurch die Epoxyverbindung einheitlich an das Siliciumdioxidpulver haftete. Das so mit der Epoxyverbindung beladene Siliciumdioxidpulver wurde dann auf 180°C in einem inerten Gasstrom erhitzt und für 1 Stunde stehen gelassen, wodurch ein primäres Produkt hergestellt wurde. Das primäre Produkt wurde mit der Aminverdünnung unter Aufrechterhaltung eines fluidisierten Zustandes versetzt, so dass sich die Aminverbindung einheitlich an das primäre Produkt haften konnte. Das so mit der Aminverbindung beladene, primäre Produkt wurde in einem inerten Gasstrom auf 180°C erhitzt und dann für 2 Stunden stehen gelassen.
Dadurch wurde ein oberflächenbehandeltes Siliciumdioxidpulver als ein sekundäres Produkt hergestellt.
Beispiel 2
Das gleiche Siliciumdioxidpulver und die Epoxyverbindung gemäß Beispiel 1 wurden bereitgestellt und die Reaktion wurde unter den gleichen Bedingungen wie im Beispiel 1 durchgeführt, wobei aber Diethanolamin (8 g) als Aminverbindung verwendet wurde, wodurch ein oberflächenbehandeltes Siliciumdioxidpulver als ein sekundäres Produkt hergestellt wurde.
Beispiel 3
Das gleiche Siliciumdioxidpulver und die Epoxyverbindung gemäß Beispiel 1 wurden bereitgestellt und die Reaktion wurde unter den gleichen Bedingungen wie im Beispiel 1 durchgeführt, wobei aber Diethanolamin (23 g) und THF als Aminverbindung bzw. zweites Lösungsmittel bereitgestellt wurden. Die Aminverbindung wurde in THF gelöst, um eine Aminverdünnung herzustellen und um so ein oberflächenbehandeltes Siliciumdioxidpulver als sekundäres Produkt herzustellen.
Beispiel 4
Das gleiche Siliciumdioxidpulver und die Epoxyverbindung gemäß Beispiel 1 wurden bereitgestellt und die Reaktion wurde unter den gleichen Bedingungen wie im Beispiel 1 durchgeführt, wobei aber N-Methylethanolamin (6 g) und THF als Aminverbindung bzw. zweites Lösungsmittel bereitgestellt wurden. Die Aminverbindung wurde in THF gelöst, um eine Aminverdünnung herzustellen. Das primäre Produkt wurde auf 150°C erhitzt, wodurch ein oberflächenbehandeltes Siliciumdioxidpulver als sekundäres Produkt erzielt wurde.
Beispiel 5
Ein Siliciumdioxidpulver mit einer spezifischen Oberfläche von 380 m²/g („Aerozil #380S", ein Produkt von Nihon Aerozil) (100 g) wurde bereitgestellt. Glycerintriglycidylether („EX-314", ein Produkt von Nagase Chemicals Ltd.) (45 g) wurde als Epoxyverbindung und Aceton wurde als erstes Lösungsmittel bereitgestellt. Die Epoxyverbindung wurde in Aceton gelöst, um eine Epoxyverdünnung herzustellen. Diethanolamin (24 g) wurde als Aminverbindung und Aceton wurde als zweites Lösungsmittel bereitgestellt. Die Aminverbindung wurde in Aceton gelöst, um eine Aminverdünnung herzustellen.
Das Siliciumdioxidpulver wurde in einen Mischer gegeben und dort gerührt, um das Siliciumdioxidpulver in einem fluidisierten Zustand zu halten. Die Epoxyverdünnung wurde dem Siliciumdioxidpulver, das in einem fluidisierten Zustand gehalten wurde, zugegeben, um die Epoxyverbindung gleichmäßig an das Siliciumdioxidpulver zu haften. Das so mit der Epoxyverbindung beladene Siliciumdioxidpulver wurde dann auf 180°C in einem inerten Gasstrom erhitzt und für 1 Stunde stehen gelassen, wodurch ein primäres Produkt erzielt wurde. Das primäre Produkt wurde der Aminverdünnung unter Aufrechterhaltung eines fluidisierten Zustandes zugegeben, so dass die Aminverbindung einheitlich an das primäre Produkt haftete. Das primäre Produkt, das mit der Aminverbindung behaftet war, wurde in einem inerten Gasstrom auf 180°C erhitzt und dann für 2 Stunden stehen gelassen, wodurch ein oberflächenbehandeltes Siliciumdioxidpulver als sekundäres Produkt erzielt wurde.
Beispiel 6
Das gleiche Siliciumdioxidpulver und die Epoxyverbindung gemäß Beispiel 5 wurden bereitgestellt und die Reaktion wurde unter den gleichen Bedingungen wie in Beispiel 5 durchgeführt, wobei aber Diethylamin (22 g) und THF als Aminverbindung bzw. als zweites Lösungsmittel bereitgestellt wurden. Die Aminverbindung wurde in THF gelöst, um eine Aminverdünnung herzustellen, wodurch ein oberflächenbehandeltes Siliciumdioxidpulver als sekundäres Produkt erzielt wurde.
Beispiel 7
Das gleiche Siliciumdioxidpulver und die Epoxyverbindung gemäß Beispiel 5 wurden bereitgestellt und die Reaktion wurde unter den gleichen Bedingungen wie in Beispiel 5 durchgeführt, wobei aber Ethylendiamin (13 g) und Toluol als Aminverbindung bzw. als zweites Lösungsmittel bereitgestellt wurden. Die Aminverbindung wurde in Toluol gelöst, um eine Aminverdünnung herzustellen, wodurch ein oberflächenbehandeltes Siliciumdioxidpulver als sekundäres Produkt erzielt wurde.
Beispiel 8
Das gleiche Siliciumdioxidpulver und die Epoxyverbindung gemäß Beispiel 7 wurden bereitgestellt und die Reaktion wurde unter den gleichen Bedingungen wie in Beispiel 7 durchgeführt, wobei aber Ethylendiamin (5 g) bereitgestellt wurde. Das primäre Produkt wurde auf 110° C erhitzt, wodurch ein oberflächenbehandeltes Siliciumdioxidpulver als sekundäres Produkt erzielt wurde.
Beispiel 9
Das gleiche Siliciumdioxidpulver und die Epoxyverbindung gemäß Beispiel 7 wurden bereitgestellt und die Reaktion wurde unter den gleichen Bedingungen wie in Beispiel 7 durchgeführt, wobei aber Ethylendiamin (16 g) bereitgestellt wurde. Das primäre Produkt wurde auf 150°C erhitzt, wodurch ein oberflächenbehandeltes Siliciumdioxidpulver als sekundäres Produkt erzielt wurde.
Beispiel 10
Das gleiche Siliciumdioxidpulver und die Epoxyverbindung gemäß Beispiel 7 wurden bereitgestellt und die Reaktion wurde unter den gleichen Bedingungen wie in Beispiel 7 durchgeführt, wobei aber Ethylendiamin (16 g) bereitgestellt wurde. Das primäre Produkt wurde auf 150°C erhitzt und dann für 1 Stunde stehen gelassen, wodurch ein oberflächenbehandeltes Siliciumdioxidpulver als sekundäres Produkt erzielt wurde.
Beispiel 11
Das gleiche Siliciumdioxidpulver, die Epoxyverbindung und die Aminverbindung gemäß Beispiel 9 wurden bereitgestellt und die Reaktion wurde unter den gleichen Bedingungen wie in Beispiel 9 durchgeführt, wobei aber das primäre Produkt auf 90°C erhitzt wurde, wodurch ein oberflächenbehandeltes Siliciumdioxidpulver als sekundäres Produkt erzielt wurde.
Beispiel 12
Das gleiche Siliciumdioxidpulver, die Epoxyverbindung und die Aminverbindung gemäß Beispiel 10 wurden bereitgestellt und die Reaktion wurde unter den gleichen Bedingungen wie in Beispiel 10 durchgeführt, wobei aber das primäre Produkt auf 90° C erhitzt wurde, wodurch ein oberflächenbehandeltes Siliciumdioxidpulver als sekundäres Produkt erzielt wurde.
Beispiel 13
Das gleiche Siliciumdioxidpulver und die Epoxyverbindung gemäß Beispiel 5 wurden bereitgestellt und die Reaktion wurde unter den gleichen Bedingungen wie in Beispiel 5 durchgeführt, wobei aber Diethylentriamin (16 g) als Aminverbindung bereitgestellt wurde. Das primäre Produkt wurde auf 130°C erhitzt, wodurch ein oberflächenbehandeltes Siliciumdioxidpulver als sekundäres Produkt erzielt wurde.
Beispiel 14
Das gleiche Siliciumdioxidpulver und die Epoxyverbindung gemäß Beispiel 5 wurden bereitgestellt und die Reaktion wurde unter den gleichen Bedingungen wie in Beispiel 5 durchgeführt, wobei aber Tetraethylenpentamin (20 g) und THF als Aminverbindung bzw. als zweites Lösungsmittel bereitgestellt wurden. Die Aminverbindung wurde in THF gelöst, um eine Aminverdünnung herzustellen. Das primäre Produkt wurde auf 130°C erhitzt, wodurch ein oberflächenbehandeltes Siliciumdioxidpulver als sekundäres Produkt erzielt wurde.
Beispiel 15
Das gleiche Siliciumdioxidpulver wie im Beispiel 5 wurde bereitgestellt und die Reaktion wurde unter den gleichen Bedingungen gemäß Beispiel 5 durchgeführt, wobei aber Pentaerythritol-Polyglycidyl-Ether („EX-411", ein Produkt von Nagase Chemicals Ltd.) (60 g) und Ethylendiamin (13 g) als Epoxyverbindung bzw. als Aminverbindung bereitgestellt wurden. Das primäre Produkt wurde auf 110°C erhitzt und dann für 1 Stunde stehen gelassen, wodurch ein oberflächenbehandeltes Siliciumdioxidpulver als sekundäres Produkt erzielt wurde.
Beispiel 16
Das gleiche Siliciumdioxidpulver wie im Beispiel 5 wurde bereitgestellt und die Reaktion wurde unter den gleichen Bedingungen gemäß Beispiel 5 durchgeführt, wobei aber Trimethylolpropanpolyglycidylether („SR-TMP", ein Produkt von Sakamoto Yakuhin Kogyo Co., Ltd.) (44 g) und Ethylendiamin (13 g) als Epoxyverbindung bzw. als Aminverbindung bereitgestellt wurden. Das primäre Produkt wurde auf 110°C erhitzt und dann für 1 Stunde stehen gelassen, wodurch ein oberflächenbehandeltes Siliciumdioxidpulver als sekundäres Produkt erzielt wurde.
Beispiel 17
Das gleiche Siliciumdioxidpulver wie im Beispiel 5 wurde bereitgestellt und die Reaktion wurde unter den gleichen Bedingungen wie nach Beispiel 5 durchgeführt, wobei aber Polyglycerolpolyglycidylether („SR-4GL", ein Produkt von Sakamoto Yakuhin Kogyo Co., Ltd.) (45 g), Ethylendiamin (13 g) und THF als Epoxyverbindung, Aminverbindung bzw. als zweites Lösungsmittel bereitgestellt wurden. Die Aminver-Bindung wurde in THF gelöst, um eine Aminverdünnung herzustellen. Das primäre Produkt wurde auf 110°C erhitzt und dann für 1 Stunde stehen gelassen, wodurch ein oberflächenbehandeltes Siliciumdioxidpulver als sekundäres Produkt erzielt wurde.
Beispiel 18
Das gleiche Siliciumdioxidpulver wie nach Beispiel 5 (100 g) wurde bereitgestellt. Glycerintriglycidylether („EX-314", ein Produkt von Nagase Chemicals Ltd.) (45 g) wurde als Epoxyverbindung bereitgestellt. Ethylendiamin (5 g) wurde als Aminverbindung bereitgestellt. Die Epoxyverbindung wurde in Aceton gelöst, um eine Epoxyverdünnung herzustellen, und die Aminverbindung wurde in der Epoxyverdünnung gelöst, um eine gemischte Lösung herzustellen.
Das Siliciumdioxidpulver wurde in einen Mischer gegeben und dort gerührt, so dass das Siliciumdioxidpulver in einem fluidisierten Zustand gehalten wurde. Die gemischte Lösung wurde dem Siliciumdioxidpulver zugegeben, welches in einem fluidisierten Zustand gehalten wurde, wobei sich die Epoxyverbindung und die Aminverbindung einheitlich an das Siliciumdioxidpulver hafteten. Das so hergestellte Siliciumdioxidpulver wurde dann auf 150°C in einem inerten Gasstrom erhitzt und für 2 Stunden stehen gelassen, wodurch ein oberflächenbehandeltes Siliciumdioxidpulver als sekundäres Produkt erzielt wurde.
Beispiel 19
Das gleiche Siliciumdioxidpulver, die Epoxyverbindung und die Aminverbindung gemäß Beispiel 18 wurden bereitgestellt und die Reaktion wurde unter den gleichen Bedingungen wie in Beispiel 18 durchgeführt, wobei aber das Siliciumdioxidpulver auf 180°C erhitzt wurde, wodurch ein oberflächenbehandeltes Siliciumdioxidpulver als sekundäres Produkt erzielt wurde.
Beispiel 20
Das gleiche Siliciumdioxidpulver wie nach Beispiel 5 wurde bereitgestellt und die Reaktion wurde unter den gleichen Bedingungen wie in Beispiel 5 durchgeführt, wobei aber Glycerintriglycidylether („EX-314", ein Produkt von Nagase Chemicals Ltd.) (60 g) und N-Methylethanolamin (0,2 g) als Epoxyverbindung bzw. als Aminverbindung bereitgestellt wurden. Das primäre Produkt wurde auf 160°C erhitzt, wodurch ein oberflächenbehandeltes Siliciumdioxidpulver als sekundäres Produkt erzielt wurde.
Beispiel 21
Das gleiche Siliciumdioxidpulver wie im Beispiel 5 wurde bereitgestellt und die Reaktion wurde unter den gleichen Bedingungen wie in Beispiel 5 durchgeführt, wobei aber Glycerintriglycidylether („EX-314", ein Produkt von Nagase Chemicals Ltd.) (0,1 g), Ethylendiamin (45 g) und THF als Epoxyverbindung, Aminverbindung bzw. als zweites Lösungsmittel bereitgestellt wurden. Die Aminverbindung wurde in THF gelöst, um eine Aminverdünndung herzustellen. Das primäre Produkt wurde auf 150°C erhitzt, wodurch ein oberflächenbehandeltes Siliciumdioxidpulver als sekundäres Produkt erzielt wurde.
Vergleichsbeispiel 1
Das gleiche Siliciumdioxidpulver wie im Beispiel 5 (100 g) wurde bereitgestellt und auf seine Fähigkeit zur Adsorption eines Anions geprüft, ohne das eine Oberflächenbehandlung durchgeführt wurde.
Vergleichsbeispiel 2
Die in den Beispielen 1 bis 21 als sekundäre Produkte erzielten, oberflächenbehandelten Siliciumdioxidpulver sowie das Siliciumdioxidpulver gemäß dem Vergleichsbeispiel 1 wurden hinsichtlich ihrer Fähigkeiten zur Adsorption eines Anions gemäß dem folgenden Verfahren getestet.
Ein Siliciumdioxidpulver (2 g), welches zu testen war, wurde zu 10 mMol/l einer wässrigen Natrium-2-Naphthalensulfonatlösung (100 ml) hinzugefügt, um eine gemischte Lösung herzustellen. Die gemischte Lösung wurde für 5 Minuten gerührt, um die Anionenspezies an das Siliciumdioxidpulver zu adsorbieren. Die erzielte gemischte Lösung, in der die Anionenspezies an das Pulver adsorbiert waren, wurde filtriert. Ein Teil (1 ml) des Filtrates wurde in einen Kolben überführt und dann mit Wasser (100 ml) verdünnt. Die Extinktion der erzielten Verdünnung wurde mit einem UV-Spektrophotometer bestimmt, um die Fähigkeit des oberflächenbehandelten Siliciumdioxidpulvers zur Adsorption des Anions zu überprüfen. Jedes oberflächenbehandelte Siliciumdioxidpulver wurde auch hinsichtlich seiner Aminogruppenäquivalenz durch die oben beschriebene Methode überprüft. Die Ergebnisse für die gemäß den Beispielen 1 bis 12 hergestellten Siliciumdioxidpulver sind in der Tabelle 1 dargestellt und die Ergebnisse für die gemäß den Beispielen 13 bis 21 hergestellten Siliciumdioxidpulver sowie für das Vergleichsbeispiel 1 sind in der Tabelle 2 dargestellt.
Es wurde gemäß den Tabellen 1 und 2 gefunden dass die Siliciumdioxidpulver gemäß den Beispielen 1 bis 21 eine höhere Fähigkeit zur Adsorption des Anions zeigten im Vergleich mit dem Siliciumdioxidpulver des Vergleichsbeispiels 1, bei dem keine Oberflächenbehandlung durchgeführt wurde.
Wie oben dargestellt, wird ein Siliciumdioxidpulver gemäß der vorliegenden Erfindung bereitgestellt, bei dem wenigstens eine Epoxygruppe einer Epoxyverbindung ringgeöffnet ist, um an die Oberfläche des Siliciumdioxidpulvers zu binden, wobei die restlichen Epoxygruppen der Epoxyverbindung an Aminverbindungen gebunden sind, wodurch Aminogruppen an der Oberfläche bereitgestellt werden. Wenn das Siliciumdioxidpulver als Ausgangsmaterial eines Aufzeichnungsmaterials für einen Tintenstrahldrucker verwendet wird, können die an der Oberfläche des Siliciumdioxidpulvers (das eine elektrisch positive Ladung trägt) bereitgestellten Aminogruppen einen Tintenfarbstoff (der eine elektrisch negative Ladung trägt) an der Oberfläche des Siliciumdioxidpulvers einfangen. Die Tintenfarbstoffkomponente wird nicht in einem Bindemittel dispergiert, wodurch eine glänzende und klare Farbe erzielt werden kann. Demgemäss hat das oberflächen-behandelte Siliciumdioxidpulver gemäß der vorliegenden Erfindung eine gute Fähigkeit zur Adsorption eines Tintenfarbstoffes.
1 zeigt die Schritte zur Herstellung eines Siliciumdioxid-pulvers mit einer Aminogruppe an seiner Oberfläche gemäß der vorliegenden Erfindung.
Die 2 zeigt die chemischen Formeln der Epoxyverbindungen, die bei dem Herstellungsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung verwendbar sind.

10: Siliciumdioxidpulver
11: Epoxyverbindung
12: primäres Produkt
13: Aminverbindung
14: sekundäres Produkt

Claims

Siliciumdioxidpulver (10), das mit einer Epoxyverbindung (11), die mehrere Epoxygruppen hat, oberflächenbehandelt ist, wobei wenigstens eine der Epoxygruppen der Epoxyverbindung (11) ringgeöffnet und mit der Oberfläche des Siliciumpulvers (10) verbunden ist, und die restlichen Epoxygruppen der Epoxyverbindung (11) mit einer Aminverbindung (13) reagiert und an diese gebunden sind.
Siliciumdioxidpulver nach Anspruch 1, wobei die Epoxyverbindung (11) eine Verbindung ist, die kein Metall enthält und eine relative Molekülmasse im Bereich von 200 bis 1000 hat.
Siliciumdioxidpulver nach Anspruch 1, wobei das Siliciumdioxidpulver (10) eine primäre durchschnittliche Partikelgröße im Bereich von 5 bis 50 nm hat.
Siliciumdioxidpulver nach Anspruch 1, wobei die Aminverbindung (13) ein Amin ist, das aliphatisch ist und wenigstens ein Stickstoffatom enthält.
Siliciumdioxidpulver nach Anspruch 1, wobei das Siliciumdioxidpulver eine spezifische Oberfläche im Bereich von 50 bis 380 m²/g hat.
Siliciumdioxidpulver nach Anspruch 1, wobei das Siliciumdioxidpulver eine Amingruppe äquivalent im Bereich von 6,0 × 10^–6 bis 1,2 × 10^–2 Mol/g hat.
Verfahren zur Herstellung eines Siliciumdioxidpulvers, welches die Oberflächenbehandlung eines Siliciumdioxidpulvers (10) mit einer Epoxyverbindung (11) und einer Aminverbindung (13) umfasst und ferner die folgenden Schritte umfasst: tropfenweises zugeben oder versprühen einer flüssigen Phase der Epoxyverbindung (11) mit mehreren Epoxygruppen zu oder auf das Siliciumdioxidpulver (10), das in einem fluidisierten Zustand geholten wird; erhitzen des Siliciumdioxidpulvers (10), dem die Epoxyverbindung (11) tropfenweise zugesetzt oder das mit dieser besprüht wurde, in einem fluidisierten Zustand auf eine Temperatur von 90 bis 200°C, um ein primäres Produkt (12) herzustellen; tropfenweises zugeben oder versprühen einer flüssigen Phase der Aminverbindung (13) zu oder auf das primäre Produkt (12), das in einem fluidisierten Zustand gehalten wird; und erhitzen des primären Produktes (12), dem die Aminverbindung (13) tropfenweise zugesetzt oder das mit dieser besprüht wurde, in einem fluidisierten Zustand auf eine Temperatur von 90 bis 200°C.
Verfahren zur Herstellung eines Siliciumdioxidpulvers nach Anspruch 7, wobei die flüssige Phase der Epoxyverbindung durch Lösen der Epoxyverbindung in einem ersten Lösungsmittel hergestellt wird und die flüssige Phase der Aminverbindung durch Lösen der Aminverbindung in einem zweiten Lösungsmittel hergestellt wird.
Verfahren zur Herstellung eines Siliciumdioxidpulvers nach Anspruch 8, wobei das erste und zweite Lösungsmittel jeweils Aceton, Hexan, Toluol, Chloroform, Diisopropylether oder Tetrahydrofuran sind.
Verfahren zur Herstellung eines Siliciumdioxidpulvers nach Anspruch 7, wobei das Verfahren statt dessen die folgenden Schritte umfasst: tropfenweises zugeben oder versprühen einer flüssigen Phase der Epoxyverbindung (11) mit mehreren Epoxygruppen und einer flüssigen Phase der Aminverbindung (13) zu oder auf das Siliciumdioxidpulver (10), das gleichzeitig in einem fluidisierten Zustand gehalten wird; und erhitzen des Siliciumdioxidpulvers (10), dem die Epoxyverbindung (11) und die Aminverbindung (13) tropfenweise zugesetzt oder das mit diesen besprüht wurde, in einem fluidisierten Zustand auf eine Temperatur von 90 bis 200°C.
Verfahren zur Herstellung eines Siliciumdioxidpulvers nach Anspruch 10, wobei die flüssige Phase der Epoxyverbindung durch Lösen der Epoxyverbindung in einem ersten Lösungsmittel hergestellt wird und die flüssige Phase der Aminverbindung durch Lösen der Aminverbindung in einem zweiten Lösungsmittel hergestellt wird.
Verfahren zur Herstellung eines Siliciumdioxidpulvers nach Anspruch 11 , wobei das erste und zweite Lösungsmittel jeweils Aceton, Hexan, Toluol, Chloroform, Diisopropylether oder Tetrahydrofuran sind.
Verfahren zur Herstellung eines Siliciumdioxidpulvers nach Anspruch 7 oder 10, wobei die Oberflächenbehandlung des Siliciumdioxidpulvers mit der Epoxyverbindung mit einer Menge von 0,1 bis 60 Gewichtsteilen und mit der Aminverbindung mit einer Menge von 0,1 bis 50 Gewichtsteilen durchgeführt wird, wobei dies jeweils auf 100 Gewichtsteilen des Siliciumdioxidpulvers basiert.
Verfahren zur Herstellung eines Siliciumdioxidpulvers nach Anspruch 7 oder 10, wobei die Epoxyverbindung (11) wenigstens zwei Epoxygruppen hat, kein Metall enthält und eine relative Molekülmasse im Bereich von 200 bis 1000 besitzt.
Verfahren zur Herstellung eines Siliciumdioxidpulvers nach Anspruch 7 oder 10, wobei die Oberflächenbehandlung des Siliciumdioxidpulvers (10) oder des primären Produktes (12) in einer inerten Gasatmosphäre durchgeführt wird.