DE69721517T2

DE69721517T2 - Russ, verfahren zu seiner herstellung und waessrige dispersion und diesen russ enthaltende wasserfarbe

Info

Publication number: DE69721517T2
Application number: DE69721517T
Authority: DE
Inventors: Nobutake-Mitsubishi Chem.Corp.Kurosa Mise; Yamada; Chemical Corpor -Mitsubishi; Hirasa; Chemical Corpora -Mitsubishi
Original assignee: Mitsubishi Chemical Corp
Current assignee: Mitsubishi Chemical Corp
Priority date: 1996-12-26
Filing date: 1997-12-26
Publication date: 2004-03-18
Anticipated expiration: 2017-12-27
Also published as: EP0896986A1; EP0896986B1; KR100536796B1; KR20050075771A; WO1998030638A1; US6123759A; KR100535740B1; CN1109079C; KR20050075770A; CN1230972A; DE69721517D1; EP0896986A4

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft Carbon-Black bzw. Ruß, der insbesondere als ein Pigment für eine Tinte für einen Tintenstrahldrucker und eine Schreibtinte geeignet ist, und ein Verfahren für seine Herstellung, sowie eine Tinte auf Wasserbasis, die solch einen oxidationsbehandelten Ruß enthält.
Hintergrund der Erfindung
Tintenstrahlaufzeichnungen weisen Charakteristiken auf, wie dass der Lärm während einer Aufzeichnung gering ist, ein Farbdrucken möglich ist, ein Hochgeschwindigkeitsdrucken möglich ist, ein Drucken auf normalem Papier mit einer hohen Qualität durchgeführt werden kann, und sie finden dem gemäß breite Anwendung beim Drucken durch Computer, und zwar unabhängig von einer Verwendung im privaten Bereich oder im Büro. Verschiedene Systeme sind für dieses Tintenstrahldrucken verfügbar, einschließlich einem Verfahren, bei dem eine Tinte in einer dünnen Düse, die in einem Aufzeichnungskopf vorgesehen ist, durch eine statische Energie abgegeben wird, ein Verfahren bei dem ein elektrischer Strom einer Erwärmungszone in dem Aufzeichnungskopf zugeführt wird, so dass sich durch die Hitzeerzeugung Blasen bilden, wodurch die Tinte aus einer Düse abgesondert wird, wodurch der Druckvorgang durchgeführt wird.
Als eine Tinte, die bei solch einer Tintenstrahlaufzeichnung verwendet wird, wird herkömmlicherweise eine Tinte auf Wasserbasis mit einem Farbstoff, der in Wasser gelöst oder dispergiert ist, verwendet. Solch eine Tinte auf Wasserbasis wird auch für Schreibutensilien, wie Federfüller oder Kugelschreiber, verwendet.
Die folgenden Punkte können als die Eigenschaften, die für eine Aufzeichnungstinte, die für solche Anwendungen verwendet werden soll, benötigt werden, erwähnt werden.

1. Gedruckte oder geschriebene Buchstaben bluten nicht aus.
2. Gedruckte oder geschriebene Buchstaben werden nicht durch Licht oder Wärme entfärbt.
3. Selbst wenn sie für einen langen Zeitraum stehen gelassen werden, verursacht sie kein Verklumpen einer Füllerspitze oder einer Düse in einem Aufzeichnungskopf.
4. Ihre Lagerstabilität ist gut.
5. Die Viskosität der Tinte ist gering.

Wie zuvor erwähnt wird als eine Tinte für diese Verwendungen herkömmlicherweise eine Tinte mit einem Farbstoff, der als ein Färbemittel in Wasser gelöst oder dispergiert ist, verwendet. Wenn jedoch ein Farbstoff verwendet wird, gibt es eine Schwierigkeit, dass eine Ausblutung wahrscheinlich bei den gedruckten oder geschriebenen Buchstaben beobachtet wird, oder eine Entfärbung durch Licht tritt wahrscheinlich auf. Demgemäss richtet sich seit kurzem die Aufmerksamkeit auf eine Tinte, die Ruß als ein schwarzes Pigment verwendet.
Falls jedoch solch ein Ruß als ein Pigment für eine Tinte verwendet wird, ist die Dispergierbarkeit von Ruß in Wasser schlecht, da die Oberfläche von Ruß lipophil ist, wodurch Ruß dazu neigt, eine Verklumpung einer Füllerspitze oder einer Düse zu verursachen, oder es bilden sich gerne Aggregate während der Lagerung, wodurch sie in der Praxis nicht mehr nützlich ist. Demgemäss ist es notwendig, verschiedene Dispersionsmittel zuzugeben.
Hier wird als das Dispersionsmittel ein Dispersionsmittel, dass in seinem Molekül sowohl lipophile Gruppen mit einer guten Affinität zu Ruß und hydrophile Gruppen mit einer guten Affinität zu Wasser aufweist, insbesondere hauptsächlich ein Harzdispersionsmittel, verwendet, um die Dispergierbarkeit oder die Dispersionsstabilität zu verbessern.
Jedoch wird von solch einem Harzdispersionsmittel erwartet, dass es seine Wirkungen durch die Bindung auf die Oberfläche des Rußes zur Verfügung stellt. Demgemäss kann der Dispersionseffekt nicht erhalten werden, solange es nicht im Überschuss zu der Menge, die benötigt wird, um an die Oberfläche des Rußes zu binden, zugegeben wird. Daher verbleibt ein Überschuss eines Dispersionsmittels in der Flüssigkeit und, wenn die Tinte an einer Füllerspitze oder in der Düse trocknet, verwandelt es sich in einen Feststoff, der nur schwer wieder zu lösen ist und der ein Verklumpen verursacht. Mit der Zugabe des Dispersionsmittels nimmt weiter die Viskosität der Tinte zu, wodurch es eine Schwierigkeit gibt, dass eine gleichmäßige Abgabe einer Tinte nicht erhalten werden kann.
Um diese Schwierigkeiten zu überwinden, offenbart die JP-A-8-3498 einen Versuch zur Verbesserung der Dispersionsstabilität ohne eine Verwendung eines Dispersionsmittels durch Umsetzung von Ruß mit einer Natriumhypochloritlösung zur Oxidation des Rußes zu einem größeren Ausmaß als bei im Handel erhältlichen Produkten und um die Oberfläche einer hydrophilen Behandlung zu unterwerfen. Jedoch sind durch solch ein Verfahren viele Chlorionen und Natriumionen, die als das Oxidationsmittel verwendet werden, in der Flüssigkeit vorhanden. Demgemäss ist es zur Verwendung solch eines Produkts als eine Tinte notwendig, dass das Reaktionsprodukt einmal filtriert wird und dann durch eine Umkehrosmosemembran oder Ultrafiltration gereinigt wird. Weiter wird die Oxidationsbehandlung bei einer hohen Temperatur von 100°C für einen langen Zeitraum von 12 Stunden durchgeführt, wodurch sich Huminsäure, die in Wasser löslich ist, bildet.
Als ein Fall, bei dem im Handel erhältlicher Ruß weiter einer Oxidationsbehandlung unterworfen wird, offenbart weiter die JP-A-7-258578, dass unter Verwendung von gasförmigen niedrig konzentriertem Ozon im Handel erhältlicher Ruß einer Oxidationsbehandlung für einen langen Zeitraum unterworfen wird.
Jedoch ist bei einem Ruß, der einer Oxidationsbehandlung durch solch ein Verfahren unterworfen wurde, die Oberfläche des Rußes in bemerkenswertem Ausmaße erodiert, da wahrscheinlich die Wirkung des Oxidationsmittels stark ist, wodurch die Oberfläche zunimmt, und zur selben Zeit bildet sich Huminsäure, die in Wasser löslich ist. Weiter wurde durch eine Untersuchung der vorliegenden Erfinder gefunden, dass funktionelle Gruppe des Rußes, die durch solche eine Behandlung gebildet werden, keine adäquate Affinität mit Wasser aufweisen, obgleich der Grund dafür nicht bekannt ist, wodurch die Dispersionsstabilität inadäquat ist.
Somit sind Huminsäure und Natriumionen in großen Mengen in einer Tinte auf Wasserbasis, die Ruß, der einer Oxidationsbehandlung unter Verwendung von Ozon in einer Gasphase oder von Natriumhypochlorit als ein Oxidationsmittel wie im zuvor beschriebenen Stand der Technik unterworfen wurde, vorhanden, und wie zum Beispiel in der JP-B-7-51687 offenbart, werden diese Verunreinigungen an der Füllerspitze oder in einer Düse fest und verursachen somit eine Verklumpung.
Weiter offenbart die JP-A-50-142626 als ein Oxidationsbehandlungsverfahren ein Verfahren, bei dem während ein wässriges Medium und Ruß gerührt und vermischt werden, Ozon durch Poren aus einem unteren Teil des Rührgefäßes eingeleitet wird. Jedoch wird hier ein Verfahren einer Dispersion in ein hydrophobes Vehikel, wie Öl, durch Spülen (Öl wird in die wässrige Mischung eines Pigmentpulvers unter Rühren zum Übertragen des Pigmentpulvers in die Ölphase gegeben) offenbart, und nichts wird hinsichtlich eines Rußes, der ausgezeichnet in der Dispergierbarkeit in einem wässrigen Medium ist und der insbesondere als ein Pigment für eine Tinte auf Wasserbasis, insbesondere für eine Tinte für einen Tintenstrahl, nützlich ist, offenbart. Es ist als unerwünscht offenbart, dass Ozon mit mehr als 2 × 10^–5 g mol pro 1 m² der spezifischen Oberfläche eines Ofenrußes eingebracht wird. Daher scheint es beabsichtigt zu sein, dass das Ausmaß einer Oxidation des resultierenden Rußes vorzugsweise gering sein soll. Jedoch ist kein spezifisches Ausmaß einer Oxidation offenbart. Somit wurde bisher kein Verfahren gefunden, das im Stande ist, einen Ruß, der ausgezeichnet hinsichtlich einer Dispergierbarkeit in einem wässrigen Medium ist und der als ein Pigment für eine Tinte auf Wasserbasis, insbesondere für eine Tinte für einen Tintenstrahl, nützlich ist, zu erhalten, und es gab eine Schwierigkeit, falls ein Ruß als ein Pigment für eine Tinte auf Wasserbasis verwendet wurde.
Es ist erwünscht, die zuvor beschriebene Schwierigkeit des Standes der Technik zu lösen und eine Tinte und ein Pigment für eine Tinte auf Wasserbasis, die ausgezeichnet bezüglich einer Dispersionsstabilität ist und ausgezeichnet bezüglich einer Entladungsstabilität ist, zur Verfügung zu stellen, wobei eine Verklumpung einer Füllerspitze oder einer Düse vermieden werden kann.
Weiter sind sphärische Fremdmaterialien, d. h. Mikrofremdmaterialien zwischen 1 und 20 μm, die aus einem verfestigten Produkt aus gesprühtem Rohmaterialöl aufgebaut sind und die in Ruß vorhanden sind, kaum aus dem Ruß entfernbar. Daher wird zum Herstellungszeitpunkt einer Tinte auf Wasserbasis oder einer Tinte, die ein Lösungsmittel enthält, solch ein Ruß wie er ist in z. B. eine Kugelmühle gegeben, gefolgt von einer Dispersion zum Erhalt einer Tinte. Als ein Ergebnis sind die Mikrofremdmaterialien zu Fragmenten zwischen einigen wenigen hundert nm und einigen wenigen m zersetzt, wobei nicht nur die Größe reduziert wurde, sondern auch die Anzahl der Teilchen wesentlich erhöht wurde.
Eine Tinte, die solche Fremdmaterialien enthält, wies eine Schwierigkeit auf, dass die Fremdmaterialien dazu neigten, während einer Lagerung der Tinte auszufallen, oder sie waren im Falle eines Überzugmaterials eine Ursache für harte Stellen in dem Überzugsfilm, oder im Falle, wenn er durch einen Spinbeschichter aufgeschichtet wurde, wies der Überzugsfilm Streifen auf. Daher beanspruchte es nach der Dispergierung Zeit für eine zentrifugale Trennung oder Filtration und selbst dann war es nicht einfach, sie vollständig zu entfernen. Weiter war es in der Praxis nicht möglich, einen Ruß herzustellen, der wenige Mikrofremdmaterialien enthält.
Es ist erwünscht, eine Herstellung eines Pigmentes zu etablieren, bei der eine Entfernung der Fremdmaterialien einfach ist, eine Tinte, die wenig Mikrofremdmaterialien enthält, wirksam hergestellt werden kann, und die Dispersionsstabilität ausgezeichnet ist, und wenn sie zu einer Tinte oder einem Beschichtungsmaterial verarbeitet wird, das Ausmaß einer Schwärze hoch ist, und der Glanz gut ist und die für ein Beschichtungsmaterial mit guten Beschichtungsfilmeigenschaften nützlich ist.
Offenbarung der Erfindung
Die vorliegenden Erfinder haben eine ausgedehnte Untersuchung hinsichtlich der obigen Schwierigkeiten durchgeführt und haben gefunden, dass durch Umsetzung von Ruß mit Ozon in Gegenwart von Wasser, das mindestens 0,001 N einer organischen Säure enthält, was sich davon unterscheidet, wenn eine Oxidationsbehandlung durch Ozon in einer Gasphase durchgeführt wird oder wenn eine Behandlung durch eine Natriumhypochloritlösung durchgeführt wird, es möglich ist, eine wässrige Dispersion von Ruß, bei der der Gehalt an Huminsäure gering ist, Alkaliionen wie Natriumionen, in geringem Ausmaß vorhanden sind und die Dispersionsstabilität gut ist, zur Verfügung zu stellen, und sie haben die vorliegende. Erfindung bewerkstelligt. Es wurde überraschender Weise gefunden, dass durch solch einen einfachen Vorgang es möglich ist, einen Ruß mit einer extrem guten Dispergierbarkeit in Wasser zu erhalten.
Hier wurde auch herausgefunden, dass durch Durchführung der Oxidationsbehandlung durch Ozon in Wasser, das eine organische Säure enthält, es möglich ist, die Menge von verwendetem Ozon zu verringern und eine kurzzeitige Behandlung möglich zu machen.
Weiter wurde herausgefunden, dass durch Entfernung der Huminsäure bis zu einer gewissen spezifischen Konzentration aus der Dispersion mit Ruß es möglich ist, eine wässrige Dispersion von Ruß zu erhalten, welche ausgezeichnet bezüglich einer Dispergierbarkeit ist und welche eine gute Entladungsstabilität aufweist. Es wurde auch gefunden, dass durch Verwendung von Ruß, der einer Oxidationsbehandlung durch ein gewisses spezifisches Verfahren unterworfen wurde, es leicht möglich ist, eine Dispersion mit einem geeigneten Wert der Huminsäurekonzentration herzustellen. Weiter wurde auch gefunden, dass durch Regulierung des Gehaltes von Mikrofremdmaterialien auf ein Niveau, das nicht höher als ein gewisser spezifischer Wert ist, es möglich ist, ein schwarzes Pigment mit guten Eigenschaften zu erhalten.
Die vorliegende Erfindung beruht nämlich auf:
Einem Verfahren zur Herstellung von oxidationsbehandeltem Ruß, welches die Oxidation von Ruß durch Ozon in Gegenwart von Wasser, welches mindestens 0,001 N einer organischen Säure enthält, bis die Gesamtmenge der Säuregruppen des Rußes mindestens 3 μÄq./m² beträgt, umfasst.
Einem oxidationsbehandeltem Ruß, der durch eine Oxidationsbehandlung eines Rußes gemäß dem Anspruch 1 hergestellt wurde, bei dem die sphärischen Kohlenstoffmikrofremdmaterialien höchstens 50 Teilchen/Sichtfeld betragen;
Einem oxidationsbehandelten Ruß, der gemäß dem Anspruch 1 hergestellt wurde, bei dem die extrahierte Huminsäurekonzentration höchstens 1 gemäß einer Absorption ist.
Zuerst ist der Ruß, der einer Oxidationsbehandlung in der vorliegenden Erfindung unterworfen werden soll, nicht besonders beschränkt und jedes Material kann verwendet werden, solange es ein Ruß ist, der herkömmlicher weise als ein Pigment für eine Tinte verwendet wird.
Weiter sollten Alkalimetalle oder Erdalkalimetalle in einem Ruß gering sein, da sie sich in Wasser lösen und die Wirksamkeit der Ozonoxidation in der Flüssigkeit verringern. Sie betragen vorzugsweise höchstens 1 Gew.-%, mehr bevorzugt höchstens 0,5 Gew.-%, noch weiter bevorzugt höchstens 0,1 Gew.-%, bezüglich ihrer Gesamtmenge.
Weiter sollten Schwefel- oder Schwefelverbindungen oder Chlorverbindungen in einem Ruß so gering wie möglich sein, da sie unter Bildung von starken Säuren in der Lösung oxidiert werden könnten und eine Wirkung zur Behinderung der Ionisation der funktionellen Gruppen, die auf der Oberfläche des Rußes gebildet werden, entfalten. Sie betragen vorzugsweise höchstens 0,5 Gew.-% mehr bevorzugt höchstens 0,1 Gew.-%. wie als Gesamtschwefel analysiert oder als Gesamtchlor analysiert. Um den Schwefelgehalt zu verringere, kann es möglich sein, ein Material mit einem geringen Schwefelgehalt als einen aromatischen Kohlenwasserstoff, der als ein Ausgangsmaterial für Ruß verwendet werden soll, oder als ein flüssiger Kohlenwasserstoff oder als ein gasförmiger Kohlenwasserstoff, der als Brennquelle verwendet werden soll, zu verwenden. Weiter kann der Chlorgehalt verringert werden, indem reines Wasser als Wasser, das während der Herstellung des Rußes als Kühlwasser verwendet wird, zu verwenden.
Die Menge des Schwefels in dem Ruß kann z. B. bestimmt werden, indem genau 0,1 g Ruß gewogen werden, gefolgt von einer Messung durch "SULMHOGRAPH12A", hergestellt von BESTOFF.
Oxidationsbehandlung
Das Verfahren für die Oxidationsbehandlung des obigen Rußes besteht darin, eine Oxidationsbehandlung durch Ozon durchzuführen. Für die Oxidationsbehandlung mit Ozon kann im allgemeinen ein Verfahren zur Ausführung der Oxidationsbehandlung durch Ozon in einer Gasphase (JP-A-7-258578) und ein Verfahren zur Ausführung der Oxidation in Wasser erwähnt werden. Es ist jedoch wesentlich, dass die Oxidationsbehandlung in Gegenwart von Wasser, das mindestens 0,001 N einer organischen Säure enthält, durchgeführt wird. Es wurde durch eine Untersuchung der vorliegenden Erfinder aufgeklärt, dass es dadurch möglich ist, die Dispergierbarkeit bemerkenswert zu steigern, wenn daraus eine Tinte auf Wasserbasis hergestellt wird. Die Menge an Wasser für eine Ozonoxidationsbehandlung in Gegenwart von Wasser ist geeigneter weise so, dass das Verhältnis (Gewichtsverhältnis) von Ruß zu Wasser zwischen 95 : 5 und 0,5 : 99,5, mehr bevorzugt zwischen 50 : 50 und 2 : 98, noch mehr bevorzugt zwischen 20 : 80 und 5 : 95, liegt. Wasser und Ruß werden so vermischt, und zu dieser Mischung wird Ozon eingeleitet, um eine Oxidationsbehandlung eines Rußes durchzuführen. Spezifisch kann die Oxidationsbehandlung von Ruß durch eine Bereitstellung von Ozon und/oder einem Ozon enthaltendem Gas durchgeführt werden.
Es ist unnötig, den Ruß, der für eine Oxidationsbehandlung verwendet werden soll, vorab zu oxidieren. Jedoch kann ein herkömmlicher Ruß, der vor der Ozonoxidation in Gegenwart von Wasser mit Salpetersäure oder Ozon in einer Gasphase behandelt wurde, einer Oxidationsbehandlung durch das Verfahren der vorliegenden Erfindung unterworfen werden.
Die vorliegende Erfindung ist darin charakterisiert, dass eine Oxidationsbehandlung des obigen Rußes in Gegenwart von Wasser, das mindestens 0,001 N einer organischen Säure enthält, durchgeführt wird. Die Menge an Wasser ist geeigneter Weise derart, dass das Verhältnis (Gewichtsverhältnis) von Ruß zu Wasser zwischen 95 : 5 und 0,5 : 99,5, mehr bevorzugt zwischen 50 : 50 und 2 : 98, noch mehr bevorzugt zwischen 20 : 80 und 5 : 95, liegt. Wasser und Ruß werden so vermischt, und zu dieser Mischung wird Ozon eingeleitet, um eine Oxidationsbehandlung eines Rußes durchzuführen. Spezifisch kann die Oxidationsbehandlung von Ruß durch eine Bereitstellung von Ozon und/oder einem Ozon enthaltendem Gas durchgeführt werden.
Durch Verwendung von Ozon als einem Oxidationsmittel kann Ruß bei Raumtemperatur oxidiert werden, was sich von einem Fall, bei dem eine Oxidationsreaktion bei einer hoher Temperatur mit Salpetersäure, einem Stickstoffoxid, Schwefelsäure oder Hypochloriten als anderen Oxiden, die bisher für eine Oxidation von Ruß verwendet wurden, voranschreitet, unterscheidet.
Ozon wird durch einen Ozongenerator erzeugt und es wird in einer Mischung von Wasser und Ruß eingeleitet, wodurch Ruß einer Oxidationsbehandlung in Gegenwart von Wasser unterworfen werden kann. Als der Ozongenerator wird herkömmlicherweise einer verwendet, bei dem Ozon durch eine Entladung an Luft oder Sauerstoff erzeugt wird, jedoch ist es auch möglich, Ozon durch Elektrolyse von Wasser zu erzeugen. Als der Generator zur Erzeugung von Ozon kann in der vorliegenden Erfindung jeder Generator unabhängig von dem Typ verwendet werden. Je höher jedoch die Konzentration des erzeugten Ozons desto besser, da die Reaktionseffizienz zur Oxidation von Ruß besser ist. Im allgemeinen ist ein Generator, der ein Ozon enthaltendes Gas mit einer Ozonkonzentration von 1 bis 20 Gew.-% erzeugt, im Handel erhältlich, und solch ein Generator ist akzeptabel.
Somit kann in der vorliegenden Erfindung eine Oxidation von Ruß durch Ozon in Gegenwart von Wasser, das mindestens 0,001 N einer organischen Säure enthält, durchgeführt werden und eine Oxidation wird durchgeführt, bis die Gesamtmenge der Säuregruppen auf der Oberfläche des Rußes eine spezifische Menge erreicht, wie nachfolgend beschrieben wird. Der Mechanismus, durch den oxidierter Ruß mit einer ausgezeichneten Eigenschaften durch solch einen einfachen Vorgang wie einer Durchführung einer Oxidation von Ruß durch Ozon in Gegenwart von Wasser, das mindestens 0,001 N einer organischen Säure enthält, ist nicht voll verstanden. Jedoch wird angenommen, dass, wenn Wasser auf der Oberfläche eines Rußes vorhanden ist, Ozon nicht direkt mit der Oberfläche des Rußes reagiert, und Ozon sich zuerst in Wasser löst, so dass eine Oxidation in einem Zustand, bei dem die Oxidationskraft abgeschwächt ist, durchgeführt wird. Weiter wird angenommen, dass, da Wasser vorhanden ist, die Temperatur nicht ansteigt, und, wenn es mit Ruß umgesetzt wird, die Reaktion nicht tief im Inneren des Rußes stattfindet, wodurch sich Huminsäuren nicht bilden. Weiter wird angenommen, dass durch die Reaktion in Gegenwart von Wasser die resultierenden funktionellen Gruppen eine gute Affinität zu Wasser aufweisen, wodurch die Dispersionsstabilität erhalten wird.
Es wird angenommen, dass aus diesen Gründen eine unerwartete Wirkung erhalten werden kann, so dass ein oxidationsbehandelter Ruß einer sein wird, der eine Dispergierbarkeit in Wasser, die wesentlich verbessert ist, aufweist, selbst wenn er mit Ruß, der durch eine Ozonoxidation in einer Gasphase bis zu einem Ausmaß, das dasselbe Niveau des Gesamtgehaltes an Säuregruppen aufweist, oxidiert ist, verglichen wird.
Bei solch einer Ozonoxidationsreaktion in Gegenwart von Wasser neigt der pH-Wert der resultierenden Dispersion dazu, gering zu sein, und es wird behauptet, dass für gewöhnlich eine Aggregation eines Rußes mit einer Erniedrigung des pH-Wertes voranschreitet. Gleichwohl weist der oxidationsbehandelte Ruß, der durch die vorliegende Erfindung erhalten wird, ausgezeichnete Eigenschaften als ein Pigment für eine Tinte auf Wasserbasis auf, so dass die Dispersionsstabilität selbst bei einem pH-Wert von 2 gut ist. Selbst wenn weiter ein Alkali, wie NaOH, zu der wässrigen Dispersion, die den oxidationsbehandelten Ruß, der durch die vorliegende Erfindung erhalten wurde, zugegeben wird, ist die Dispersionsstabilität ausgezeichnet, bis der pH 12 erreicht, ist.
In der vorliegenden Erfindung wird die Oxidationsbehandlung ausgeführt, bis die Gesamtmenge der Säuregruppen des Rußes 3 μÄq./m2 durch die zuvor beschriebene Oxidationsbehandlung durch Ozon in Gegenwart von Wasser, das mindestens 0,001 N einer organischen Säure enthält, beträgt.
Die Gesamtmenge an Säuregruppen kann als die Menge, die mit einem starken Alkali, wie NaOH oder KOH, reagiert, erhalten werden.
Solch ein Verfahren zum Erhalten der Gesamtmenge der Säuregruppen ist wie folgt. Der oxidationsbehandelte Ruß wird einer Filtration mittels eines 0,1 μm-Membranfilters zur Abtrennung von Wasser unterzogen. Dieser abgetrennte Ruß wird einen Tag und Nacht in einem Trockner bei 60°C getrocknet und dann durch eine Achatreibeschale pulverisiert. Dieser Ruß wird nach einer Trocknung in einer Menge von 0,2 bis 0,5 g genommen und in einen Erlenmeyerkolben, der 60 cm³ einer 0,01 N NaOH enthält, gegeben. Stickstoff wird in diesen Erlenmeyerkolben geleitet und eine Reaktion wird für sechs Stunden unter Rühren durch einen Rührer ausgeführt. Dieses Reaktionsprodukt wird einer Filtration wiederum mittels eines 0,1 μm-Membranfilters unter Erhalt eines Filtrats unterworfen.
40 cm³ dieses Filtrats werden genommen und eine Titration wird mittels einer automatischen Neutralisationstitrationsvorrichtung mittels einer 0,025 N Chlorwasserstoffsäure durchgeführt, um die NaOH-Konzentration des Filtrats zu erhalten.
Die Gesamtmenge der Säuregruppen eines Rußes kann durch die folgende Berechnung erhalten werden:
Falls die Gesamtmenge der Säuregruppen weniger als 3 μÄq./m² beträgt, neigt die Dispergierung in einem wässrigen Medium dazu, schwierig zu sein. Mehr bevorzugt sind mindestens 6 μÄq./m², wodurch die Dispergierbarkeit in einem wässrigen Medium ausgezeichnet sein wird.
Die Obergrenze der Gesamtmenge der Säuregruppen ist nicht besonders beschränkt, sie liegt jedoch vorzugsweise bei höchstens 2,5 mÄq./m², insbesondere bevorzugt bei höchstens 2,0 mÄq./m². Selbst falls sie 2,5 mÄq./m² übersteigt, nimmt die Wirkung der Verbesserung der Dispergierbarkeit nicht länger zu, wobei ein Ruß dazu tendiert, sich unter Bildung einer organischen Substanz, wie Huminsäure, zu zersetzen, wodurch die Ausbeute dazu tendiert abzunehmen.
Gehalt an aktivem Wasserstoff
In der vorliegenden Erfindung liegt der Gehalt an aktivem Wasserstoff vorzugsweise zwischen 0,05 und 1,0 mÄq./g, mehr bevorzugt zwischen 0,6 und 1,0. Falls er weniger als 0,6 mÄq./g beträgt, neigt der Gehalt einer organischen Substanz, wie Huminsäure, die dazu tendiert, eine Verklumpung oder dergleichen zu verursachen, dazu zuzunehmen. Falls er 1,0 mÄq./g überschreitet, tendiert die Dispergierbarkeit dazu, gering zu sein.
Der Gehalt an aktivem Wasserstoff ist durch den Wert, der durch das folgende Verfahren gemessen wird, wiedergegeben.
Um den aktiven Wasserstoff eines Rußes zu methylieren, werden 3 ml einer Diethyletherlösung von Diazomethan tropfenweise zu 0,5 g einer Probe von Ruß zugegeben. Sie wird erhitzt und in einer wässrigen Wasserstoffiodidlösung gekocht, um Methyliodid zu erzeugen, welches durch Stickstoffgas transportiert wird und in einer wässrigen Silbernitratlösung gesammelt und ausgefällt wird. Die gesammelte Lösung wird mit Salpetersäure angesäuert, gekocht und dann durch einen Membranfilter (Porendurchmesser: 0,2 μm) filtriert, um den Niederschlag zu sammeln. Der Niederschlag wird bei 50 °C getrocknet und dann das Gewicht gemessen, um die Menge des aktiven Wasserstoffs zu bestimmen.
Organische Säure
Die Oxidationsbehandlung in der vorliegenden Erfindung wird in solch einem Zustand durchgeführt, dass eine organische Säure in dem Wasser bei einer Konzentration von mindestens 0,001 N enthalten ist. Es wurde durch eine Untersuchung durch die vorliegenden Erfinder klargestellt, dass es dadurch möglich ist, die Menge an verwendetem Ozon zu reduzieren und die Zeit der Oxidationsbehandlung zu verkürzen. Der Gehalt der organischen Säure beträgt mindestens 0,001 N, er ist jedoch besonders bevorzugt mindestens 0,1 N, wodurch die Wirkungen für die Erniedrigung der Menge des verwendeten Ozons und für die Verkürzung der Zeit für die Oxidationsbehandlung bemerkenswerter werden.
Der Mechanismus, durch den oxidierter Ruß mit ausgezeichneten Eigenschaften durch solch einen einfachen Vorgang wie die Durchführung einer Oxidation von Ruß durch Ozon in Wasser in Gegenwart einer organischen Säure erhalten werden kann, ist nicht voll verstanden. Jedoch wird angenommen, dass, falls Wasser auf der Oberfläche eines Rußes vorhanden ist, Ozon nicht direkt mit der Oberfläche eines Rußes reagiert, und Ozon sich zuerst in Wasser löst, so dass eine Oxidation in einem Zustand durchgeführt wird, bei dem die Oxidationskraft abgeschwächt ist. Weiter wird angenommen, dass, da Wasser anwesend ist, die Temperatur nicht zunimmt, und, wenn es mit dem Ruß umgesetzt wird, die Reaktion nicht tief ins Innere des Rußes voranschreitet, wodurch sich Huminsäure nicht bildet. Weiter wird angenommen, dass mit der Durchführung der Reaktion in Gegenwart von Wasser die resultierenden funktionellen Gruppen auch eine gute Affinität zu Wasser aufweisen, wodurch die Dispersionsstabilität erhalten wird.
Wie zuvor erwähnt, ist der Grund, warum ein Ruß mit einer ausgezeichneten Dispergierbarkeit in Wasser durch eine Ozonbehandlung unter Verwendung von Wasser als ein Medium erhalten werden kann, nicht voll verstanden, und der Grund, warum die Wirksamkeit einer Oxidationsbehandlung durch die vorliegende Erfindung gut ist, falls eine organische Säure in dem Wasser enthalten ist, ist auch nicht voll verstanden. Jedoch wird angenommen, dass durch die Anwesenheit einer organischen Säure in dem Wasser während der Ozonoxidationsbehandlung das Ozon und die organische Säure miteinander unter Bildung eines organischen Peroxids reagieren, und wahrscheinlich da dieses organische Peroxid hoch reaktiv ist, werden funktionelle Gruppen auf der Oberfläche des Rußes im ausreichenden Maß selbst in einem kurzen Zeitraum erhalten und selbst wenn die Menge des verwendeten Ozons gering ist.
Die organische Säure, die hier verwendet werden soll, ist vorzugsweise mindestens ein Mitglied, das aus einer aliphatischen Säure, einer Dicarbonsäure und einer Oxysäure gewählt ist. Spezifischer kann die aliphatische Säure zum Beispiel Ameisensäure, Essigsäure, Propionsäure oder Buttersäure sein, die Dicarbonsäure kann zum Beispiel Oxalsäure, Malonsäure, Bernsteinsäure, Glutarsäure, Adipinsäure, Maleinsäure oder Itaconsäure sein; und die Oxysäure kann zum Beispiel Glucolsäure, Äpfelsäure, Milchsäure oder Zitronensäure sein.
Huminsäure
Durch die Ozonoxidation in Wasser der vorliegenden Erfindung kann der Huminsäuregehalt in dem oxidationsbehandelten Ruß im Vergleich zu einer Oxidationsbehandlung durch herkömmliche Techniken unterdrückt werden.
Es ist gut bekannt, dass, falls Ruß oxidiert wird, Huminsäure sich auf seiner Oberfläche bilden wird. Falls er andererseits einer Oxidationsbehandlung unterworfen wird, wird ein Ruß eine gute Affinität mit Wasser aufweisen und Demgemäss wurde ein Versuch unternommen, ihn als ein Pigment für eine Tinte auf Wasserbasis durch eine Oxidationsbehandlung alleine oder in Kombination mit einem Dispersionsmittel zu verwenden. Falls er auf solch eine Art und Weise verwendet wird, löst sich die Huminsäure auf der Oberfläche in Wasser. Weiter ist mit zunehmendem pH-Wert die Menge an gelöster Huminsäure größer.
Huminsäure ist eine Substanz mit einer funktionellen Gruppe, wie einer Carboxylgruppe oder einer Hydroxylgruppe, die an ein polycyclisches aromatisches Kondensat gebunden ist, welches sich bildet, wenn Kohlenstoff, wie Kohle, durch ein Oxidationsmittel behandelt wird, und sie weist eine braune Farbe auf. Diese Substanz ist nicht eine einzelne Substanz und weist eine Molekulargewichtsverteilung auf. Jedoch weist eine Huminsäure zu dem Zeitpunkt, wenn ein Ruß einer Oxidationsbehandlung unterworfen wird, eine gewisse spezifische Wellenlänge im Ultravioletten auf, wodurch die Konzentration als eine Absorption bei dieser Wellenlänge erhalten werden kann.
Für diese Analyse der Konzentration einer Huminsäure wird die wässrige Rußdispersion einer Filtration mittels eines 0,1 μm-Membranfilters unter Erhalt von Ruß unterworfen. Dieser Ruß wird für einen Tag und Nacht bei 60°C getrocknet. Und 10 g davon werden in einen Erlenmeyerkolben gegeben und dann werden 100 cm³ Wasser zugegeben, woraufhin ein Dispersionsextraktionsvorgang für 10 Minuten mittels einer Ultraschalldispergierungsvorrichtung durchgeführt wird. Nach der Extraktion wird eine Druckfiltration mittels eines 0,1 μm-Membranfilters durchgeführt.
Am Anfangsstadium der Filtration leckt ein Teil des Rußes durch und die Flüssigkeit des Anfangsstadiums wird verworfen und die Flüssigkeit, bei der Ruß vollständig entfernt ist, wird gesammelt.
Diese Flüssigkeit wird in eine Quarzzelle zur Messung der Absorption mit 10 mm x 10 mm gegeben und die maximale Absorption im Ultravioletten zwischen 250 und 260 nm wird durch ein Photometer gemessen und dieser Wert wird als die extrahierte Huminsäurekonzentration genommen. In einem Fall, bei dem die Absorption der Flüssigkeit zur Messung der Absorption durch ein Photometer zu hoch ist, wird die Absorption durch Multiplizieren des Wertes, der bezüglich einer Flüssigkeit, die zuerst verdünnt wurde, gemessen wurde, mit der Anzahl der Verdünnungsschritte erhalten.
Die Analyse der Konzentration der Huminsäure in einem Ruß kann durch das folgende Verfahren ausgeführt werden. Eine Dispersion mit einem schwarzen Ruß, der in Wasser dispergiert ist, wird einer Druckfiltration mittels eines 0,1 μm-Membranfilters unterworfen.
Am Anfangsstadium der Filtration leckt ein Teil des Rußes durch, und die Flüssigkeit am Anfangsstadium wird verworfen und die Flüssigkeit, bei der Ruß vollständig entfernt wurde, wird gesammelt.
Die Flüssigkeit wird in eine Quarzzelle zur Absorptionsmessung von 10 mm × 10 mm gegeben und die Absorption im Ultravioletten bei 255 nm wird durch ein Photometer gemessen, und dieser Wert wird als die extrahierte Huminsäurekonzentration des Rußes genommen.
Der oxidationsbehandelte Ruß der vorliegenden Erfindung ist einer, bei dem die extrahierte Huminsäurekonzentration höchstens 1 als Absorption beträgt. Der oxidationsbehandelte Ruß der vorliegenden Erfindung, bei dem die extrahierte Huminsäurekonzentration so gering wie zuvor beschrieben ist, stellt eine ausgezeichnete Wirkung zur Verfügung, wie dass, falls er zu einer Tintenzusammensetzung auf Wasserbasis gebildet wird, eine Verklumpung einer Düse vermieden werden kann. Die extrahierte Huminsäurekonzentration beträgt vorzugsweise 0,5 als Absorption, wodurch solch eine ausgezeichnete Wirkung bemerkenswerter sein wird.
Es ist überraschend, dass, wenn die Oxidationsbehandlung durch Ozon in Gegenwart von Wasser, das mindestens 0,001 N einer organischen Säure enthält, durchgeführt wird, selbst wenn eine Oxidation zu solch einem Ausmaß durchgeführt wird, dass die Dispersion in einem wässrigen Medium gut ist, die Huminsäurekonzentration gering sein wird. Es ist nämlich möglich, leicht eine zu erhalten, bei der die extrahierte Huminsäurekonzentration höchstens 1 oder selbst höchstens 0,5 beträgt. Daher können Dispersionen, die durch Dispergierung des erhaltenen oxidationsbehandelten Rußes in verschiedenen Dispersionsmedien erhältlich sind, so hergestellt werden, dass sie, so wie sie sind, sehr geringe Huminsäurekonzentrationen aufweisen, und sie sind sehr geeignet für die Herstellung einer Tinte auf Wasserbasis, die ausgezeichnet hinsichtlich der Entladungsstabilität ist. Andererseits ist bei der Ozonoxidation in einer Gasphase oder bei der Oxidationsbehandlung durch andere Oxidationsmittel eine Bildung von Huminsäure nicht zu vernachlässigen, und es wird notwendig sein, verschiedene Mittel zur Entfernung von Huminsäure bei einer Dispersion des oxidationsbehandelten Rußes anzuwenden, um die Konzentration einer Huminsäure zu reduzieren. Als ein Mittel für die Entfernung von Huminsäure kann zum Beispiel ein Behandlungsverfahren der Dispersion mit Aktivkohle oder ein Verfahren, bei dem sie mit einem Ionenaustauscherharz behandelt wird, genannt werden.
Andernfalls wird der oxidationsbehandelte Ruß zuerst in einem wässrigen Medium zum Lösen der Huminsäure dispergiert und dann wird der Ruß herausgenommen und in verschiedenen Vehikeln für eine Tinte dispergiert, um eine Dispersion zu erhalten, wodurch eine Tinte hergestellt werden kann. Durch das vorangegangene Verfahren wird die Huminsäurekonzentration in einer Rußdispersion vorzugsweise so eingestellt, dass sie höchstens 1 als Absorption, insbesondere bevorzugt höchstens 0,5 als Absorption, beträgt. Die Analyse der Huminsäurekonzentration in der Dispersion kann durch das folgende Verfahren durchgefürt werden. Die Dispersion wird einer Druckfiltration mittels eines 0,1 μm-Membran filters unterworfen. Am Anfangsstadium der Filtration leckt ein Teil eines Rußes durch und die Flüssigkeit am Anfangsstadium wird verworfen und die Flüssigkeit, bei der Ruß vollständig entfernt wurde, wird gesammelt. Diese Flüssigkeit wird in eine Quarzzelle zur Absorptionsmessung von 10 mm × 10 mm gegeben und die Absorption im Ultravioletten bei 255 nm wird mittels eines Photometers gemessen, und dieser Wert wird als die Huminsäurekonzentration in der Dispersion genommen.
In der vorliegenden Erfindung kann eine Bildung von Huminsäure durch die Oxidationsbehandlung wie zuvor beschrieben unterdrückt werden. Daher ist es leicht möglich, zum Beispiel einen oxidationsbehandelten Ruß, bei dem die extrahierte Huminsäurekonzentration höchstens 1 als die Absorption des Extraktes beträgt, zu erhalten, und es ist möglich, eine Verklumpung aufgrund einer Bildung eines Feststoffes an der Füllerspitze oder in einer Düse zu vermeiden und besonders ausgezeichnete Eigenschaften als ein schwarzes Pigment für eine Verwendung in einer Tinte, insbesondere in einer Tinte für einen Tintenstrahl, zur Verfügung zu stellen. Hier bedeutet die extrahierte Huminsäure eine Huminsäure, die durch den zuvor beschriebenen Dispersionsextraktionsvorgang extrahiert und als Absorption gemessen wird.
Der oxidationsbehandelte Ruß der vorliegenden Erfindung, der durch Ausführen einer Oxidationsbehandlung hergestellt wird, bis die Gesamtmenge der Säuregruppen eines Rußes mindestens 3 μÄq./m2 beträgt, indem eine Ozonoxidation in Gegenwart von Wasser durch die vorliegende Erfindung durchgeführt wird, kann leicht in Wasser durch einfache Verdünnung mit Wasser dispergiert werden. Vorzugsweise wird ein Ruß mit Wasser auf eine Konzentration von höchstens 20 Gew.-% verdünnt, wodurch ein extrem bemerkenswerter Effekt erhalten werden kann, wie dass die Dispersionsstabilität in einem wässrigen Medium so wie sie ist erhalten werden kann, und zwar ohne Zugabe eines Dispersionsmittels oder ohne eine Dispersionsbehandlung durch z. B. eine Perlenmühle.
DSP-Ölabsorption
Die DBP-Ölabsorption von Ruß ist nicht besonders beschränkt. Jedoch ist es insbesondere bei Ruß mit einer DBP-Ölabsorption und funktionellen Säuregruppen innerhalb gewisser spezifischer Bereiche möglich, eine Tinte auf Wasserbasis bereitzustellen, welche eine hohe Druckdichte zur Verfügung stellt, falls aus ihr eine wässrige Dispersion gebildet wird, die eine Verklumpung an einer Füllerspitze oder in einer Düse vermeidet und die ausgezeichnet hinsichtlich einer Dispergierbarkeit und einer Entladungsstabilität ist, und nebenbei erwähnt sei, dass es möglich ist, einen Hochleistungsruß zu erhalten, welcher bei einer Tintenstrahlaufzeichnung eine hohe Druckdichte nicht nur zur Verfügung stellt, falls eine Druckaufzeichnung auf einem Spezialpapier gemacht wird, sondern auch falls eine Aufzeichnung auf einem normalen Papier gemacht wird, und eine Tinte auf Wasserbasis, die sie verwendet.
Es ist nämlich ein Ofenruß, bei dem die DBP-Ölabsorption mindestens 95 cm³/100 g und die Gesamtmenge der Säuregruppen mindestens 500 μÄq./g beträgt.
Als ein Verfahren, das im Stande ist, Ruß mit einer hohen DBP-Ölabsorption zur Verfügung zu stellen, können zusätzlich zu dem Ofenverfahren, ein Röhrenverfahren, ein Walzenverfahren und ein Acetylenverfahren genannt werden. Jedoch ist bei dem Röhrenverfahren oder dem Walzenverfahren die Ausbeute des Produkts bezüglich des Ausgangsmaterials gering und demgemäss neigen Verunreinigungen in dem Ausgangsmaterial dazu, konzentriert zu sein, insbesondere wandelt sich Schwefel in Schwefelsäure durch Oxidation um, wodurch nur ein Produkt mit einer schlechten Abgabefähigkeit erhalten werden kann. Weiter weist Ruß durch das Acetylenverfahren eine hohe Kristallinität von Ruß auf, wodurch die aktiven Stellen, die bezüglich eines Oxidationsmittels reaktiv sind, gering sind, wodurch eine Oxidation nicht adäquat voranschreitet, was unerwünscht ist. Daher ist Ruß, der durch das Ofenverfahren hergestellt wurde, beim dem die DBP-Ölabsorption mindestens 95 cm³/100 g beträgt und die Gesamtmenge der Säuregruppen mindestens 500 μÄq./g beträgt, besonders für den obigen Zweck bevorzugt.
Je höher die DBP-Ölabsorption, desto höher die Druckdichte, wenn es als eine Tinte in Form einer wässrigen Dispersion verwendet wird. Falls andererseits die DBP-Ölabsorption zu hoch wird, neigt die Viskosität der resultierenden Tinte auf Wasserbasis dazu, hoch zu sein. Daher beträgt die DBP-Ölabsorption mindestens 95 cm³/100 g, vorzugsweise mindestens 100 cm³/100 g, mehr bevorzugt zwischen 120 und 200 cm³/100 g, insbesondere bevorzugt zwischen 120 und 180 cm³/100 g, am meisten bevorzugt zwischen 140 und 180 cm³/100 g. Weiter wird als eine Ölabsorption auch eine Messung der 24M4-Ölabsorption, bei der schwachgebundene Struktur beseitigt wurde, herkömmlicher weise als ein Charakteristikum von Ruß verwendet. Jedoch gibt dies bei einem Bereich, bei dem die DBP-Ölabsorption mindestens 120 cm³/100 g beträgt, einen Wert an, der zwischen etwa 5 und 50 cm³/100 g niedriger als die DBP-Ölabsorption liegt. Als solch eine 24M4-Ölabsorption ist sie für gewöhnlich mindestens 90 cm³/g, mehr bevorzugt 110 cm³/g.
Messungen dieser DBP-Ölabsorption und 24M4-DBP-Ölabsorption sind im Einklang mit der JIS K-6221.
Zusätzlich zu der Definition der obigen DBP-Ölabsorption ist die Gesamtmenge der Säuregruppen eines Rußes mindestens als 500 μÄq./g definiert, wobei die Dispersionsstabilität und die Entladungsstabilität, wenn er zu einer Tinte verarbeitet wird, ausgezeichnet sein wird. Es ist insbesondere bevorzugt, dass ein Ruß eine Gesamtzahl an Säuregruppen pro Einheit spezifischer Oberfläche von mindestens 3 μÄq./m³, insbesondere mindestens 6 μÄq./m², vom Standpunkt einer Dispergierbarkeit aufweist. Die Obergrenze liegt für gewöhnlich bei höchstens 500 μÄq./m².
Solch ein Ruß mit einer Gesamtmenge der Säuregruppen von mindestens 500 μÄq./g kann erhalten werden, indem gewöhnlicher Ruß oxidiert wird. In solche einem Fall beträgt die spezifische Oberfläche eines Rußes, der als das Rohmaterial verwendet wird, für gewöhnlich zwischen 20 und 500 m²/g, vorzugsweise zwischen 100 und 450 m²/g. Die spezifische Oberfläche kann mittels dem ASTM-D3037D-Verfahren gemessen werden. Durch die zuvor erwähnte Oxidationsbehandlung kann sich die spezifische Oberfläche um einige wenige % bis zu 20% ändern. Dem gemäß kann in solche einem Fall die DBP-Ölabsorption nach einer Behandlung variieren, und die DBP-Ölabsorption nach einer Behandlung kann auf mindestens 95 cm³/100 g angepasst sein.
Teilchengröße
Bezüglich der Teilchengröße eines Rußes kann durch das Ofenverfahren die Herstellung für gewöhnlich in einem Bereich von 10 bis 100 nm bewerkstelligt werden. Jedoch beeinflusst innerhalb eines Bereiches, bei dem die DBP-Ölabsorption mindestens 100 cm³/100 g beträgt, die Teilchengröße nicht wesentlich die Druckdichte, und eine hohe Druckdichte kann erhalten werden.
Die Teilchengröße liegt vorzugsweise bei höchstens 100 nm, insbesondere höchstens 30 nm, wobei eine Sedimentation von Teilchen unterdrückt werden kann. Die Teilchengröße, die vom Standpunkt der Lagerstabilität, der Entladungsstabilität und der Druckdichte geeignet ist, beträgt höchstens 30 nm, und eine mehr bevorzugte Teilchengröße ist höchstens 20 nm. Insbesondere bevorzugt sind höchstens 18 nm und am meisten bevorzugt sind höchstens 15 nm. Die Primärteilchengröße wird durch ein arithmetisches Durchschnittsdurchmesser-Berechnungsverfahren mittels eines Elektronenmikroskops gemessen.
Als die Teilchengrößenverteilung weist der Ruß der vorliegenden Erfindung vorzugsweise einen kumulativen Durchschnittsdurchmesser (kumulativer 50 %-Volumendurchmesser) zwischen 10 und 500 nm, mehr bevorzugt zwischen 40 und 300 nm, auf, und die spezifische Oberfläche kann manchmal zu einem gewissen Ausmaß von dem Rohmaterialruß variieren, sie liegt jedoch für gewöhnlich zwischen 20 und 500 m²/g, vorzugsweise zwischen 100 und 450 m²/g.
Ruß, bei dem sphärische Kohlenstoffmikrofremdmaterialien gering sind.
Bei dem oxidationsbehandelten Ruß sind die sphärischen Kohlenstoffmikrofremdmaterialien vorzugsweise 50 Teilchen/Sichtfeld.
Hier bedeuten die sphärischen Kohlenstoffmikrofremdmaterialien sphärische Fremdmaterialien mit Kohlenstoffursprung mit einer Teilchengröße zwischen 1 und 20 μm, die in dem Ruß enthalten sind. Eine Messung der Anzahl solcher sphärischer Kohlenstoffmikrofremdmaterialien wird wie folgt durchgeführt.
Als erstes wird eine Probe durch das folgende Verfahren hergestellt. Der Ruß wird gleichförmig auf ein Deckglas für ein optisches Mikroskop verstreut. 1 bis 2 cm oberhalb dieses Deckglases wurde ein Hochspannungsgenerator (Tesra) zum Überprüfen von Vakuumlecks platziert und eine Entladung wurde für 1 bis 2 Sekunden- durchgeführt, so dass durch den Aufschlag der Ruß sich verteilte. Dieses Deckglas wurde mit einer. Pinzette gefasst und vorsichtig mit einem Finger berührt, um Ruß, der nicht auf dem Deckglas haftete, zu entfernen. Dieses Deckglas wurde von einer Seite in ein 100 cm³-Becherglas, das entionisiertes Wasser enthielt, eingeführt, um einen dünnen Film von. Kohlenstoff auf dem Wasser aufschwimmen zu lassen. Dieser Film wird mit einem blattförmigen Netzgitter (sheet mesh) für ein Transmissionselektronenmikroskop (einer mit einer Größe von 150 μm × 150 μm wird verwendet, z. B. "Nisshin EM collodion membrane-attached sheet" wird geeigneter Weise verwendet) aufgehäuft.
Dann wird eine so hergestellte Probe durch ein Transmissionselektronenmikroskop beobachtet und sphärische Fremdmaterialien mit Kohlenstoffursprung zwischen 1 und 20 μm werden in einer Öffnung (ein visuelles Feld) des blattförmigen Gitters gezählt.
Als die Anzahl der Mikrofremdmaterialien wird die Gesamtzahl der Fremdmaterialien, die in zehn Öffnungen vorhanden sind, genommen und durch die Anzahl der Teilchen/Sichtfeld dargestellt.
In der vorliegenden Erfindung wurde gefunden, dass durch eine Unterwerfung von Ruß, bei dem der Gehalt an sphärischen Kohlenstoffmikrofremdmaterialien, der so messbar ist, höchstens einem gewissen spezifischen Niveau entspricht, einer Oxidationsbehandlung es möglich ist, im wesentlichen eine Bildung von harten Stellen in einem Überzugsfilm, wenn dieser zu einem Beschichtungsmaterial oder einer Tinte verarbeitet wird, die Bildung von Streifen, wenn er durch einen Spinbeschichter aufgeschichtet wird, die Bildung eines Sediments in einer Tinte oder eine Verklumpung einer Tintendüse zu vermeiden.
Die Wirkungen der vorliegenden Erfindung können erhalten werden, wenn die Menge an sphärischen Kohlenstoffmikrofremdmaterialien höchstens 50 Teilchen/Sichtfeld betragen. Jedoch sind 30 Teilchen/Sichtfeld mehr bevorzugt, wodurch die obigen Wirkungen besonders bemerkenswert sind.
Das Verfahren zum Erhalt solch eines Rußes der vorliegenden Erfindung, bei dem die sphärischen Kohlenstoffmikrofremdmaterialien gering sind, ist nicht besonders beschränkt. Jedoch wird angenommen, dass einer der Faktoren für eine Bildung von sphärischen Kohlenstoffmikrofremdmaterialien eine Verfestigung von gesprühtem Rohmaterialöl ist, und es wurde durch die vorliegenden Erfinder gefunden, dass es möglich ist, die Bildung von sphärischen Kohlenstoffmikrofremdmaterialien wirksam zu unterdrücken, indem z. B. die Ofentemperatur während einer Bildung von Ruß bei einer hohen Temperatur reguliert wird oder indem die Größe der gesprühten Tropfen von Rohmaterialöl so reguliert wird, dass sie gering ist, indem z. B. sie in einem Hochgeschwindigkeitsgasstrom getrennt werden oder indem der Sprühdruck des Brenners erhöht wird, und es ist insbesondere bevorzugt, diese Verfahren zu übernehmen. Andernfalls können sphärische Kohlenstoffmikrofremdmaterialien aus einem Ruß, der eine große Menge an sphärischen Kohlenstoffmikrofremdmaterialien enthält, durch z. B. eine zentrifugale Sedimentation entfernt werden. Jedoch sind sphärische Kohlenstoffmikrofremdmaterialien nicht in Wasser löslich, und sie sind Fremdmaterialien, die nicht einfach entfernt werden können, solange der Ruß nicht in z. B. in Wasser dispergiert ist, wodurch der Vorgang dazu neigt, aufwendig zu sein.
Falls Kunststofffremdmaterialien mit einem Teilchendurchmesser von mindestens 1 μm in dem Ruß vorhanden sind, können weiter solche Teilchen durch einen Filtrationsvorgang entfernt werden.
Dispersion in einem wässrigen Medium
Der oxidationsbehandelte Ruß der vorliegenden Erfindung, wie vorangehend beschrieben, ist mit verschiedenen Medien vermischt nützlich. Insbesondere wenn er in einem wässrigen Medium unter Erhalt einer wässrigen Dispersion dispergiert wurde, ist es möglich, eine Tinte auf Wasserbasis mit ausgezeichneten Leistungsmerkmalen zu erhalten. Hier bedeutet das wässrige Medium Wasser oder eine Mischung aus Wasser mit einem polaren Lösungsmittel, das damit mischbar ist. Als spezifische Beispiele des polaren Lösungsmittels sind ein niederer Alkohol, wie Ethanol oder Isopropanol, ein Glykollösemittel, wie Glycerin, Diethylenglykol oder Polyethylenglykol, ein Stickstoff enthaltendes Lösungsmittel, wie N-Methylpyrrolidon oder 2-Pyrrolidon, und andere, wie Harnstoff, typisch.
Die Konzentration des oxidationsbehandelten Rußes in der wässrigen Dispersion kann in Abhängigkeit von der jeweiligen Verwendung geeignet gewählt werden. Gleichwohl ist sie vorzugsweise eine wässrige Rußdispersion, die vorzugsweise zwischen 0,5 und 50 Gew.-%, insbesondere vorzugsweise zwischen 0,5 und 20 Gew.-%, des Rußes enthält. Innerhalb dieses Bereichs wird die Druckdichte gut sein, wenn sie zu einer Tinte verarbeitet wird, und dennoch kann die Viskosität der Tinte reguliert werden, um eine Tinte mit ausgezeichneten Charakteristiken zu erhalten.
Der pH-Wert der wässrigen Dispersion ist nicht besonders beschränkt, jedoch liegt der pH-Wert vorzugsweise zwischen 2 und 10. Der oxidationsbehandelte Ruß der vorliegenden Erfindung ist ausgezeichnet hinsichtlich einer Dispergierbarkeit in Wasser in solch einem breiten pH-Bereich.
Die wässrige Rußdispersion, die so erhalten wurde, kann als eine Tinte auf Wasserbasis durch Zugabe von verschiedenen Additiven erhalten werden, zum Beispiel indem ein Dispersionsmittel nötigenfalls zugegeben wird, wenn die Konzentration eines Rußes 20 Gew.-% überschreitet. Weiter kann sie nötigenfalls konzentriert, getrocknet und dann getrennt verdünnt werden, um sie als eine Tinte zu verwenden. In solch einem Falle wird der oxidationsbehandelte Ruß zu Wasser zugegeben und kann einer Dispersionsbehandlung durch z. B. eine Perlmühle, eine Kugelmühle oder eine Einschlagsdispersionsvorrichtung unterworfen werden.
Die für die Herstellung einer Tinte verwendeten Additive schließen zum Beispiel ein Penetriermittel, ein Fixiermittel und ein Schutzmittel gegen Schimmel ein.
Das Penetriermittel kann zum Beispiel ein nichtionisches Tensid, wie Polyoxyethylenalkylarylether, ein anionisches Tensid, wie Alkylbenzolsulfonat, ein Tensid vom Fluortyp oder Diethylenglycolmonobutylether verwendet werden.
Als das Fixiermittel wird zum Beispiel ein in Wasser lösliches Harz (ein nichtionisches in Wasser lösliches Harz, wie Polyvinylalkohol oder Polyacrylamid, oder ein anionisches in Wasser lösliches Harz, wie Polyacrylsäure oder ein in Wasser lösliches Styrol/Acrylharz) oder eine wässrige Emulsion verwendet werden.
Wenn sie als eine Tinte für einen Tintenstrahl verwendet wird, wird für gewöhnlich eine mit einer Rußkonzentration zwischen 1 und 20 Gew.-%, vorzugsweise zwischen 5 und 10 Gew.%, verwendet werden. Bei einer Verwendung als eine Tinte für einen Tintenstrahl ist es anzuraten, den pH auf ein Niveau von 7 bis 10 einzustellen.
Die so erhaltene Tinte der vorliegenden Erfindung wird sowohl hinsichtlich der Entladungsstabilität über einen langen Zeitraum, der Entladungsstabilität nach einer langen Pause, der Lagerstabilität, der Fixiereigenschaft auf einem Aufzeichnungsmaterial, der Witterungsbeständigkeit des aufgezeichneten Abbilds als auch der gedruckten Dichte sowie der Stabilität bei einer Bildung von Tröpfchen und der Entladungsstabilität, die für eine Tinte für einen Tintenstrahl benötigt werden, gut ausgeglichen sein.
Die zuvor beschriebene Tinte auf Wasserbasis kann in geeigneter Weise für eine Tintenpatrone, die ein Tintenabsorptionsmittel mit der darin imprägnierten Tinte auf Wasserbasis und die mit einem Kopf versehen ist, der eine Vielzahl von Ausflussöffnungen für das Ausstoßen solch einer Tinte in der Form von Tintentröpfchen aufweist, verwendet werden.
Weiter ist es möglich, eine Tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtung zur Verfügung zu stellen, die mit einer Tintenpatrone, die das obige Tintenabsorptionsmittel mit der imprägnierten Tinte auf Wasserbasis und die mit einem Kopf mit einer Vielzahl von Ausflussöffnungen zum Ausstoßen solch einer Tinte in der Form von Tröpfchen versehen ist, versehen ist, und die Tinte auf Wasserbasis kann geeignet verwendet werden.
Andere Anwendungen
Weiter kann der Ruß der vorliegenden Erfindung als ein Pigment in ein Überzugslack unter Erhalt einer Überzugszusammensetzung eingearbeitet werden. Hierbei umfasst für gewöhnlich das Überzugsmaterial ein Pigment, um das Substrat zu bedecken, Fett und Öl, oder ein Harz, welches an das Substrat bindet, es bildet einen Überzugsfilm und bindet das Pigment, und ein Lösungsmittel oder ein Verdünnungsmittel zur Lösung des Fettes und des Öls, oder des Harzes, und es ist eine Flüssigkeit, die zum Zwecke eines Schutzes des Substrats oder zur Verbesserung der Erscheinung des Substrats aufgeschichtet werden soll. Es kann durch Komponenten und Verfahren, die bisher herkömmlicherweise bekannt sind, hergestellt werden, außer dass als das Pigment der zuvor erwähnte spezifische oxidationsbehandelte Ruß verwendet wird. Spezifisch wird der oxidationsbehandelte Ruß in verschiedene in Wasser lösliche Überzugslacke oder Überzugslacke vom Lösungsmitteltyp eingearbeitet, gefolgt von einem Vermischen und Dispergieren, um eine Überzugszusammensetzung zu erhalten.
Der Überzugslack vom Lösungsmitteltyp wird durch Lösen eines Vehikels in einem Lösungsmittel hergestellt. Als das Vehikel für das Überzugsmaterial vom Lösungsmitteltyp kann ein Öl und Fett oder ein synthetisches Harz verwendet werden. Als das Öl und Fett können Leinsamenöl und Castoröl erwähnt werden. Als das Harz kann zum Beispiel ein Phenolharz, ein Harnstoffharz, ein Phthalsäureharz, ein Vinylharz, ein Styrolharz, ein Acrylharz oder ein Epoxyharz erwähnt werden. Als das Lösungsmittel kann zum Beispiel ein Alkohol, wie Methanol, ein Keton, wie Aceton, ein Ester wie Methylacetat, oder ein aromatisches Lösungsmittel, wie Toluol oder Xylol, erwähnt werden.
Als das Vehikel für das in Wasser lösliche Überzugsmaterial wird eines mit COOH-Gruppen oder OH-Gruppen mit einer Affinität zu Wasser, die in das Molekül eingeführt wurden, wie ein Acrylharz, eines, das mit einem Amin neutralisiert wurde, oder eines mit einem Harz, das zu einer Emulsion eines z. B. Dispersionsmittels verarbeitet wurde, verwendet, und es ist herkömmlich, solch ein Vehikel in Wasser zu dispergieren, um einen in Wasser löslichen Überzugslack zu erhalten.
Beispiele
Nun wird die vorliegende Erfindung im größeren Detail unter Bezugnahme auf die Beispiele beschrieben werden.
Vergleichsbeispiel 1
20 g Ruß "#47" wurde genommen, bei 105°C für 1 Stunde getrocknet, abgekühlt und dann in eine Glassäule mit einer Länge von 20 cm und einem Durchmesser von 5 cm gegeben und 8 Gew.-% Ozon wurde von dem unteren Ende bereitgestellt und die Reaktion wurde für 2 Stunden durchgeführt.
Die Gesamtmenge der Säuregruppen in dem erhaltenen oxidationsbehandeltem Ruß betrug 800 μÄq/g, die spezifische Oberfläche betrug 122 m² und die Gesamtmenge der Säuregruppen pro Einheit spezifischer Oberfläche betrug 6,57 μÄq/m².
Der aktive Wasserstoffgehalt dieses Rußes betrug 3,5 mÄq/g.
Die Menge der extrahierten Huminsäure wurde durch den gleichen Vorgang wie in dem Beispiel 1 gemessen und betrug 0,40 bezüglich einer Absorption im Ultravioletten bei 255 nm.
4 g dieses Rußes wurden in 100 cm³ Wasser gegeben, gefolgt von Rühren für 5 Minuten durch einen Homomixer.
Der Zustand des Rußes in dieser Mischung wurde durch ein optisches Mikroskop beobachtet, wobei Aggregate mit einem Teilchendurchmesser von etwa 400 nm zahlreich beobachtet wurden und nicht in einem dispergierten Zustand.
Weiter betrug der pH-Wert der Flüssigkeit 2,8.
Weiter wurde diese Flüssigkeit einer Zentrifugentrennung bei 5000 UpM unterworfen, wobei der meiste Ruß sedimentierte und nicht zum Drucken verwendet werden konnte.
Wie aus den vorangegangenen Beispielen und den Vergleichsbeispielen ersichtlich ist, ist es durch Durchführen einer Oxidationsbehandlung durch Ozon in Gegenwart von Wasser und Ruß durch die vorliegende Erfindung möglich, eine Dispersion zu erhalten, die eine gute Dispersionsstabilität selbst ohne eine spezielle Dispergierungsbehandlung aufweist, die geringe Verunreinigungen, die ein Verklumpen verursachen, wie Huminsäuren, enthält und die für eine Tinte auf Wasserbasis nützlich ist.
Beispiel 1
20 g Ruß "#47" wurden in 500 cm³ Wasser das 0,001 N Essigsäure enthielt, gegeben und für 5 Minuten durch einen Haushaltsmixer dispergiert.
Die erhaltene Flüssigkeit wurde in einen Glasbehälter von 3 l, der mit einem Rührer ausgerüstet war, gegeben. Unter Rühren durch den Rührer wurde ein Ozon enthaltendes Gas mit einer Ozonkonzentration von 10 Gew.-% für 1,5 Stunden bei 500 cm³/min eingeleitet.
Zu diesem Zeitpunkt wurde ein Ozonisator vom Entladungstyp unter Verwendung von reinem Sauerstoff, hergestellt von der US PCI Co., als der Ozongenerator verwendet.
Diese Flüssigkeit wurde herausgenommen und der pH-Wert wurde gemessen und es wurden 2,6 gefunden. (Die Messung des pH-Wertes erfolgte gemäß JIS K6221.)
Weiter wurde die Teilchengrößenverteilung dieser Flüssigkeit mittels Microtrac UPA, hergestellt von der Nikkiso K. K., gemessen, wobei sie 80 nm als einen durchschnittlichen 50 %-Durchmesser aufwies. Diese Flüssigkeit wurde genommen und durch ein optisches Mikroskop mit 400-facher Vergrößerung wurde sie bestätigt, wobei sie einen guten dispergierten Zustand aufwies, die Gesamtheit befand sich in einer Mikro-Braun'schen Bewegung, keine Aggregation trat mit der Zeit auf und die Dispersionsstabilität war gut.
Dann wurde diese Flüssigkeit einer Filtration mittels eines Mikroporenfilters mit einem Porendurchmesser von 0,1 μm zur Entfernung des Rußes und zum Erhalt eines Filtrats unterworfen und die Konzentration an Huminsäure in diesem Filtrat wurde gemessen.
Die Konzentration dieser extrahierten Huminsäure betrug 0,05 als Absorption im Ultravioletten bei 255 nm.
Andererseits wurde der Ruß nach einer Filtration bei 60°C getrocknet und die Gesamtmenge an Säuregruppen wurde gemessen und es wurden 480 μÄq./g gefunden. Da die spezifische Oberfläche 120 m² betrug, betrug die Gesamtmenge der Säuregruppen pro Einheit Fläche 4,0 μÄq./m².
Diese Dispersion wurde einer zentrifugalen Trennung bei 5000 Upm zur Abtrennung von Fremdmaterialien unterworfen und in eine Patrone, hergestellt von der NEC K. K., gegeben, und ein Drucken wurde mittels eines Druckers "PR101", hergestellt von der NEC K. K., durchgeführt, wobei ein gutgedrucktes Produkt erhalten wurde, das frei von verlaufenen oder blassen Stellen war.
Beispiel 2
20 g Ruß "#47" wurden in 500 cm³ Wasser, das 0,1 N Essigsäure enthielt, gegeben und für 5 Minuten durch einen Haushaltsmixer dispergiert.
Die erhaltene Dispersion wurde in einen Glasbehälter von 3 l, der mit einem Rührer ausgerüstet war, gegeben.
Unter Rühren durch den Rührer wurde ein Ozon enthaltendes Gas mit einer Ozonkonzentration von 10 Gew.-% für 1,5 Stunden bei 500 cm³/min eingeleitet.
Zu diesem Zeitpunkt wurde ein Ozonisator vom Entladungstyp, der reinen Sauerstoff verwendet und von der US PCI Co. hergestellt wird, als der Ozongenerator verwendet.
Die erhaltene Dispersion wurde herausgenommen und der pH-Wert wurde gemessen und es wurde 2,4 gefunden.
Weiter wurde die Teilchengrößenverteilung in dieser Flüssigkeit durch Microtrac UPA, hergestellt von der Nikkiso K. K., gemessen, wobei der durchschnittliche 50 %-Durchmesser 75 nm betrug. Diese Flüssigkeit wurde genommen und durch ein optisches Mikroskop mit vierhundertfacher Vergrößerung wurde gefunden und bestätigt, dass ein guter dispergierter Zustand vorlag, die Gesamtheit befand sich in einer Mikro-Braun'schen Bewegung, keine Aggregation mit der Zeit auf und die Dispersionsstabilität war gut.
Dann wurde diese Flüssigkeit einer Filtration mittels eines Mikroporenfilters mit einem Porendurchmesser von 0,1 μm zur Entfernung des Rußes und zum Erhalt eines Filtrats unterworfen, und es wurde die Konzentration an Huminsäure in diesem Filtrat gemessen.
Die Konzentration dieser extrahierten Huminsäure betrug 0,20 als Absorption im Ultravioletten bei 255 nm.
Andererseits wurde der Ruß nach einer Filtration bei 60°C getrocknet und die Gesamtmenge an Säuregruppen wurde gemessen und es wurden 720 μÄq./g gefunden. Da die spezifische Oberfläche 120 m² betrug war die Gesamtmenge der Säuregruppen pro Einheit spezifischer Oberfläche 6,0, μÄq./m²
Diese wässrige Dispersion wurde einer zentrifugalen Trennung für 30 Minuten bei 5000 UpM zur Entfernung von Fremdmaterialien unterworfen, und dann wurde die Dispersion in eine Patrone, hergestellt von der NEC K. K., eingefüllt und ein Drucken wurde mittels eines Druckers "PR101 ", hergestellt von der NEC K. K., durchgeführt, wobei ein guter Druck, der von verlaufenen oder blassen Stellenfrei war, erhalten wurde.
Beispiel 3
Eine Behandlung wurde auf die gleiche Art und Weise wie in dem Beispiel 1 durchgeführt, außer dass der Ruß zu "#960" verändert war.
Der pH der erhaltenen Dispersion war 2, 1, die Konzentration der extrahierten Huminsäure war 0,9 als Absorption im Ultravioletten bei 255 nm und die Gesamtmenge der Säuregruppen in dem Ruß nach einer Filtration war 560 μÄq./g.
Vergleichsbeispiel 2
20 g Ruß "#47" wurden in 500 cm³ Wasser gegeben und für 5 Minuten durch einen Haushaltsmixer dispergiert.
Die erhaltene Flüssigkeit wurde in einen Glasbehälter von 3 l, der mit einem Rührer ausgerüstet war, gegeben. Unter Rühren durch den Rührer wurde ein Ozon enthaltendes Gas mit einer Ozonkonzentration von 10 Gew.-% für eine Stunde bei 500 cm³/min eingeleitet.
Zu diesem Zeitpunkt wurde ein Ozonisator vom Entladungstyp unter Verwendung von reinem Sauerstoff, hergestellt von der US PCI Co., als der Ozongenerator verwendet.
Die Flüssigkeit nach der Ozonbehandlung wurde herausgenommen und der pH-Wert wurde gemessen und es wurden 2,9 gefunden.
Weiter wurde die Teilchengrößenverteilung dieser Flüssigkeit mittels Microtrac UPA, hergestellt von der Nikkiso K. K., gemessen, wobei sie 400 nm als einen durchschnittlichen dispergierten 50 %-Durchmesser aufwies. Diese Flüssigkeit wurde genommen und durch ein optisches Mikroskop mit 400-facher Vergrößerung wurde sie bestätigt, wobei viele Aggregate beobachtet wurden.
Diese wässrige Rußdispersion wurde einer Filtrafion durch einen 0,1 μm-Membranfilter unterworfen. Der Ruß nach der Filtration wurde bei 60°C getrocknet und die Gesamtmenge an Säuregruppen wurde gemessen und es wurden 280 μÄq./g gefunden. Weiter betrug die spezifische Stickstoffadsorptionsfläche 120 m². Demgemäss betrug der Gesamtgehalt der Säuregruppen pro Einheit Fläche 2,33 μÄq./m².
Diese Dispersion wurde einer zentrifugalen Trennung bei 5000 UpM zur Abtrennung von Fremdmaterialien unterworfen, wobei mindestens 50% an Ruß sedimentierten.
Dieser Dispersion wurde in eine Patrone, hergestellt von der NEC K. K., gegeben und ein Drucken wurde mittels eines Druckers "PR101 ", hergestellt von der NEC K. K., durchgeführt, wobei nur ein blasses gedrucktes Produkt erhalten wurde, bei dem die Rußdichte höchstens 50 % im Vergleich zu dem Beispiel 1 oder 2 betrugt.
Vergleichsbeispiel 3
Die Behandlung wurde auf die gleiche Weise wie in dem Beispiel 3 durchgeführt, außer dass keine Essigsäure eingearbeitet wurde.
Der pH-Wert der erhaltenen Dispersion betrug 2,8 und die Konzentration an extrahierter Huminsäüre betrug 0,5 als Absorption im Ultravioletten bei 255 nm.. Diese Flüssigkeit wurde genommen und durch ein optisches Mikroskop mit 400-facher Vergrößerung wurde sie bestätigt, wobei viele Aggregate beobachtet wurden.
Diese wässrige Rußdispersion wurde einer Filtration durch einen 0,1 μm-Membranfilter unterworfen, der Ruß wurde nach einer Filtration bei 60°C getrocknet und die Gesamtmenge an Säuregruppen wurde gemessen und es wurden 360 μÄq./g gefunden. Weiter betrug die spezifische Stickstoffadsorptionsfläche 240 m2. Dem gemäß betrug der Gesamtgehalt der Säuregruppen pro Einheit Fläche 1,5 μÄq./m².
Diese Dispersion wurde einer zentrifugalen Trennung bei 5000 UpM zur Abtrennung von Fremdmaterialien unterworfen, wobei mindestens 50% an Ruß sedimentierten.
Dieser Dispersion wurde in eine Patrone, hergestellt von der NEC K. K., gegeben und ein Drucken wurde mittels eines Druckers "PR101 ", hergestellt von der NEC K. K., durchgeführt, wobei nur ein blasses gedrucktes Produkt erhalten wurde.
Wie anhand der vorhergehenden Beispiele und Vergleichsbeispiele ersichtlich ist, ist es durch Ausführen einer Oxidationsbehandlung durch Ozon in der Coexistenz von Ruß und Wasser, das eine organische Säure enthält, durch die vorliegende Erfindung möglich, eine Dispersion zu erhalten, die eine Dispersionsstabilität selbst ohne eine spezielle Dispersionsbehandlung aufweist und die wenig Verunreinigungen, wie Huminsäure, die ein Verklumpen verursachen, enthält und die für eine Tinte auf Wasserbasis nützlich ist.
Beispiel 4
20 g Ruß "#47" wurden in 500 cm³ Wasser, das 0,1 N Essigsäure enthielt, gegeben und für 5 Minuten durch einen Haushaltsmixer dispergiert.
Diese Dispersion wurde in einen Glasbehälter von 3 l, der mit einem Rührer ausgerüstet war, gegeben. Unter Rühren durch den Rührer wurde ein Ozon enthaltendes Gas mit einer Ozonkonzentration von 2 Gew.-% für 15 Stunden bei 500 cm³/min eingeleitet. Zu diesem Zeitpunkt wurde ein Ozonisator vom Entladungstyp unter Verwendung von reinem Sauerstoff, hergestellt von der US PCI Co., als der Ozongenerator verwendet.
Diese Dispersion wurde herausgenommen und der pH-Wert wurde gemessen und es wurden 2,0 gefunden.
Weiter wurde die Teilchengrößenverteilung dieser Dispersion mittels "Microtrac UPA", hergestellt von der Nikkiso K. K., gemessen; wobei sie 72 nm als einen durchschnittlichen 50 -Durchmesser aufwies. Diese Flüssigkeit wurde genommen und durch ein optisches Mikroskop mit 400-facher Vergrößerung wurde sie bestätigt, wobei sie sich in einem guten dispergierten Zustand befand, die Gesamtheit befand sich in einer Mikro-Braun'schen Bewegung, keine Aggregation trat mit der Zeit auf und die Dispersionsstabilität war gut.
Dann wurde diese Dispersion einer Filtration mittels eines Mikroporenfilters mit einem Porendurchmesser von 0,1 μm zur Entfernung des Rußes und zum Erhalt eines Filtrats unterworfen. Die Konzentration an Huminsäure in diesem Filtrat wurde gemessen. Die Konzentration dieser Huminsäure betrug 3,1 als Absorption im Ultravioletten bei 255 nm.
Zu 100 cm³ dieser Dispersion wurden 50 cm³ eines Anionenaustauscherharzes, das von der Mitsubishi Chemical Corporation hergestellt wurde, gegeben, gefolgt von einem Schütteln für 1 Stunde durch einen Rüttler, um die Adsorption durchzuführen.
Dann wurde die Flüssigkeit einer zentrifugalen Trennung bei 5000 Upm, zur Abtrennung von Fremdmaterialien, wie dem Ionenaustauscherharz, und die Absorption wurde erhalten. Die Absorption betrug 0,8 im Ultravioletten bei 255 nm.
Diese Suspension wurde einer zentrifugalen Trennung bei 5000 Upm unterworfen und in eine Patrone, hergestellt von der Kabushiki Kaisha NEC, gegeben, und ein Drucken wurde mittels eines Druckers "PR101 ", hergestellt von der NEC K. K., durchgeführt, wobei die Ausbringung von der Düse gut war und ein gut gedrucktes Produkt wurde erhalten, das frei von verlaufenen oder blassen Stellen war.
Andererseits wurde der Ruß nach einer Filtration bei 60°C getrocknet und die Gesamtmenge an Säuregruppen wurde gemessen und es wurden 500 μÄq./g gefunden. Dem gemäß betrug der Gesamtgehalt der Säuregruppen pro Einheit Fläche 4,2 μÄq./m².
Tabelle 1
Industrielle Anwendbarkeit
Durch die vorliegende Erfindung ist ein Ruß erhältlich, der ausgezeichnete Eigenschaften als schwarzes Pigment aufweist, wie dass er eine gute Dispersionsstabilität in verschiedenen Medien beibehält, er frei von einer Sedimentation oder einer Verklumpung an der Füllerspitze oder in einer Auslassöffnung einer Düse ist, eine konstante Entladungsfähigkeit als eine Tinte auf Wasserbasis für einen Tintenstrahl oder zum Schreiben erhältlich ist, Streifen und harte Stellen unterdrückt werden können , wenn er zu einem Überzugsmaterial verarbeitet wird.

Claims

Verfahren zur Herstellung von oxidationsbehandeltem Ruß, umfassend das Oxidieren von Ruß durch Ozon in Gegenwart von Wasser bis die Gesamtmenge an Säuregruppen des Rußes mindestens 3 μequ/m² beträgt, wobei Ruß in Gegenwart von Wasser, das mindestens 0,001 N einer organischen Säure enthält, oxidiert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Ruß so oxidiert wird, dass er einen Gehalt an aktivem Wasserstoff von höchstens 1,0 mequ/g enthält.
Oxidationsbehandelter Ruß, erhältlich nach mindestens einem der Verfahren gemäß den Ansprüchen 1 bis 2.
Oxidationsbehandelter Ruß nach Anspruch 3, wobei die Konzentration an extrahierter Huminsäure, bestimmt als die maximale Extinktion von Ultraviolettlicht von 250 bis 260 nm, gemessen durch ein Photometer, höchstens 1 als eine Extinktion beträgt.
Rußdispersion, wobei der oxidationsbehandelte Ruß nach Anspruch 3 oder 4 in einem Dispersionsmedium dispergiert ist.
Rußdispersion nach Anspruch 5, wobei das Dispersionsmedium Wasser ist.
Rußdispersion nach Anspruch 5 oder 6, welche Ruß in einer Menge von 0,5 bis 50 Gew.-% enthält.
Rußdispersion nach mindestens einem der Ansprüche 5 bis 7, wobei der pH 2 bis 10 beträgt.
Wässrige Tinte, bei der eine Rußdispersion nach mindestens einem der Ansprüche 5 bis 8 verwendet wird.