JP2001115060A - 水性カーボンブラック分散液、その製造方法及びその使用 - Google Patents

水性カーボンブラック分散液、その製造方法及びその使用

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Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【課題】 にじみがなく貯蔵安定性のカーボンブラック
分散液を提供する。 【解決手段】 全分散液に対して水の他に: カーボンブラック 1〜45質量%、 カチオン性界面活性剤 1〜40質量% を含有する水性カーボンブラック分散液。 またカチオン性界面活性剤が一般式3 [R−COOH:リシノール酸R〜R:同じ又は
異なりC〜Cアルキル基又は (R:C〜Cアルキル基n:1〜5の自然数)]
の化合物である水性カーボンブラック分散液。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、カチオン性の安定
化されたカーボンブラック分散液、その製造方法及びそ
の使用に関する。
【0002】
【従来の技術】水性カーボンブラック分散液は印刷イン
キの製造のために又は例えばインクジェットプリンター
の場合のインキとして直接使用される。
【0003】インクジェット印刷法は、印刷インキをノ
ンインパクトで、つまり印刷ヘッドを印刷媒体と接触さ
せずに転写する公知の転写技術である。この場合、イン
キ液滴がノズルから受容材料に吹き付けられ、この場
合、インキ液滴の偏向が電子工学的に制御可能である。
この技術は、ノンインパクト印刷とも言われ、特に規則
的でない表面を有する製品及び包装の印刷のために適し
ている、それというのも、印刷ヘッドと被印刷物との間
には一定の間隔があるためである。この印刷法は著しく
フレキシブルで比較的安価であり、従ってコンピュータ
印刷においても、職場の印刷機として使用される。この
インクジェット印刷は工業的範囲、例えば屋外広告にお
いても使用されてきている。屋外広告においてはこのイ
ンキは耐光堅牢性及び耐水性の特別な要求を満たさなけ
ればならない。さらに、この着色物質は印刷ノズルを詰
まらせないためにも著しく微細粒でなければならない。
着色する成分として染料並びに現在では顔料も使用され
る。後者は染料と比較して耐光堅牢性が著しく高く耐水
性でもあるという利点を有する。顔料は染料と比較し
て、表面活性物質(界面活性剤)を用いて処理した場合
にだけ高い貯蔵安定性を有する安定な分散液を生じると
いう点に欠点を有する。顔料粒子は一次粒子の形ではな
く凝集物の形で存在する。顔料凝集物は可溶性の染料よ
りも大きい。顔料凝集物が十分に微細に分散していない
場合、印刷ヘッドのノズルを詰まらせる。大きな凝集物
はさらに顔料カーボンブラックの吸光特性を変化させ
る。印刷物が灰色化しかつ隠蔽力を失う結果となる。
【0004】インクジェットインキ中に顔料カーボンブ
ラックを使用した最初の特許は、米国特許(US−A)
5085698号明細書及び米国特許(US−A)53
20668号明細書である。その明細書中には顔料安定
化のために水溶性アクリレートの使用が記載されてい
る。
【0005】水性カーボンブラック分散液を、一次粒子
の平均粒度が30nmより大きくなく、DBP−値が少
なくとも75ml/100gであるようなカーボンブラ
ックを用いて製造することは公知である(US−A55
38548)。
【0006】さらに、水性カーボンブラック分散液を水
溶性有機溶剤及び水溶性アクリル樹脂の使用下で製造す
ることは公知である(US−A5609671)。
【0007】公知の水性カーボンブラック分散液の欠点
は、支持体上への吹き付け後のにじみである。市販され
ている通常の分散液はゼータ電位<0mVである。分散
した粒子の正の表面電荷(ゼータ電位>0mV)により
支持体上に塗布する間もしくは塗布した後に分散液の意
図的なフロキュレーションが容易に達成され、それによ
りにじみが防止される。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】従って本発明の課題
は、このようなにじみの欠点を示さずかつ貯蔵安定性で
あるカーボンブラック分散液を提供することであった。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明の対象は、全分散
液に対して、水の他に次の成分: カーボンブラック 1〜45質量%、有利に5〜25質量% カチオン性界面活性剤 1〜40質量%、有利に5〜25質量% を含有する水性カーボンブラック分散液である。
【0010】カチオン性界面活性剤として、次の式:
【0011】
【化3】
【0012】[式中、R1−COOH:リシノール酸 R2、R3、R4:同じ又は異なることができ、C1〜C5
アルキル基又は
【0013】
【化4】
【0014】からなる、 R5:C1〜C5アルキル基 n:1〜5の自然数]の化合物を使用することができ
る。
【0015】1実施態様において、カチオン性界面活性
剤は湿潤剤組合物又は少なくとも2種のカチオン性湿潤
剤からなる混合物であってもよい。
【0016】カーボンブラックとして、8〜80nm、
有利に10〜35nmの一次粒子の平均粒度及び40〜
200mg/100g、有利に60〜150ml/10
0gのDBP−値を有する顔料カーボンブラックを使用
することができる。カーボンブラックとして、ファーネ
ス法、ガスブラック法、チャンネル法又はランプブラッ
ク法を用いて製造された顔料カーボンブラックを使用す
ることができる。これについての例は、Degussa-Huels
AG社のファルプルス(Farbruss)FW 200、ファル
プルス(Farbruss)FW 2、ファルプルス(Farbrus
s)FW 2 V、ファルプルス(Farbruss)FW
1、ファルプルス(Farbruss)FW 18、ファルプル
ス(Farbruss)S 170、ファルプルス(Farbruss)
S 160、シュペツィアールルス(Spezialruss)
6、シュペツィアールルス(Spezialruss) 5、シュ
ペツィアールルス(Spezialruss) 4、シュペツィア
ールルス(Spezialruss) 4A、プリンテックス(Pri
ntex) 150 T、プリンテックス(Printex)
U、プリンテックス(Printex) V、プリンテックス
(Printex) 140U、プリンテックス(Printex)
140V、プリンテックス(Printex) 95、プリン
テックス(Printex) 90、プリンテックス(Printe
x) 85、プリンテックス(Printex) 80、プリン
テックス(Printex) 75、プリンテックス(Printe
x) 55、プリンテックス(Printex) 45、プリン
テックス(Printex) 40、プリンテックス(Printe
x) P、プリンテックス(Printex) 60、プリンテ
ックス(Printex) XE 2、プリンテックス(Print
ex) L6、プリンテックス(Printex) L、プリン
テックス(Printex) 300、プリンテックス(Print
ex) 30、プリンテックス(Printex) 3、プリン
テックス(Printex) 35、プリンテックス(Printe
x) 25、プリンテックス(Printex) 200、プリ
ンテックス(Printex) A、プリンテックス(Printe
x) G、シュペツィアールルス(Spezialruss) 55
0、シュペツィアールルス(Spezialruss) 350、
シュペツィアールルス(Spezialruss) 250、シュ
ペツィアールルス(Spezialruss) 100である。特
に本発明の有利な実施態様において、ガスカーボンブラ
ックを使用することができる。
【0017】分散液中に分散されたカーボンブラックは
本発明の1実施態様において、50〜250nmの平均
粒度を有する。
【0018】本発明のもう一つの対象は、カーボンブラ
ックを1種以上の湿潤剤と一緒に水中に分散させ、場合
により分散のためにパールミル、超音波−装置又はウル
トラテュラックス(Ultra-Turrax)を使用することを特
徴とする水性カーボンブラック分散液の製造方法であ
る。この分散に引き続き、カーボンブラック分散液を遠
心分離又は濾過することもできる。
【0019】分散液のpH値は酸性の範囲内、有利に1
〜4の範囲内にあることができる。
【0020】本発明による分散液は著しく高い酸性のp
H値において著しく高いフロキュレーション安定性を示
し、従って高い貯蔵安定性を示す。
【0021】本発明によるカーボンブラック分散液は通
常の光学密度を示す。
【0022】本発明による水性カーボンブラック分散液
はインキ、塗料、印刷インキの製造のために、特にイン
クジェットプリンター用のインキの製造のために使用す
ることができる。
【0023】
【実施例】本発明によるカーボンブラック分散液は次の
ように製造した: 1. 湿潤剤溶液の準備 水を装入し、レボクワート(Rewoquat)RTM 50を
撹拌混入した。
【0024】2. カーボンブラックの混入 カーボンブラックを(手で又はゆっくりとした撹拌機
で)ゆっくりと撹拌しながら準備した湿潤剤溶液中にゆ
っくりと混入した。
【0025】3. 分散 超音波−装置 2の工程で準備した分散液を、高性能ミキサー(例えば
ウルトラテュラックス(Ultra Turrax))を用いて均質
化し、超音波−装置で分散させた。遠心分離器中で著し
く粗い粒子をこうして得られた分散液から分離すること
ができる。
【0026】水性分散液の組成及びその特性を表1に示
した。この表からは本発明による水性カーボンブラック
分散液が良好な貯蔵安定性を有することを見ることがで
きる。
【0027】
【表1】
【0028】この表面張力はDIN53914(3/8
0)に従って20℃でプレート法を用いて測定した。カ
ーボンブラック分散液の表面張力は、高い表面張力がイ
ンクジェット法の場合にノズルを離れる液滴の形成に有
利に影響を及ぼすことが重要である。
【0029】ゼータ電位はMatec社のMBS−8000
で測定した。この試料は希釈せずに測定される。ゼータ
電位は動電学的音波振幅(ESA)を用いて測定した。
粒子表面の荷電状態を特徴付けるゼータ電位は安定化の
ために使用した湿潤剤について示唆している。カチオン
性湿潤剤の場合はゼータ電位は0mVより大きく、有利
には10mVより大きいか等しい。非イオン性湿潤剤の
場合、ゼータ電位は通常≦0mVである。
【0030】この粒度分布は動的光散乱法(光子相関分
光法、Photonenkorrelationsspektroskopie, PCS)を用
いて測定される。機器として光子相関分光計Nicomp N37
0 (Hiac/Royco社)が使用される。この測定は純水中で
行われる。この評価は正規分布分析(体積分布)で行
う。
【0031】光学密度は、Hewlett Packerdプリンター
660Cで製造した試験印刷物に関してMcbeth RD 918
濃度計を用いて測定した。
【0032】pH値はカーボンブラック分散液中で市販
の測定電極を用いて直接測定した。
【0033】安定性試験は次のように実施した:この分
散液は室温で28日間貯蔵し、その後−30℃に凍結さ
せ、70℃に加熱した。
【0034】例1及び2は高いフロキュレーション安定
性を示し、ひいては高い貯蔵安定性を示し、28日(室
温)にわたるわずかな粘度上昇及び高いゼータ電位を示
す。三刺激値は通常の範囲内である。分散液中の粒度は
凝集物の大きさの水準にあり、従ってカチオン性湿潤剤
により良好な分散安定性について示唆されている。
【0035】粘度測定はブルックフィールド−モデルD
V−IIを用いて実施した。
【0036】カーボンブラック分散液の製造の際に使用
した成分は次のように特徴付けられる:カーボンブラッ
クのプリンテックス(Printex)90は14nmの一次
粒子の平均粒度及び95ml/100gのBDP−吸収
値を有するファーネスブラックである。
【0037】ファルプルス(Farbruss)FW 18は1
5nmの一次粒子の平均粒度を有するガスカーボンブラ
ックである。
【0038】レボクワート(Rewoquat)RTM 50は
カチオン性湿潤剤である。
【0039】製造元:Witco 物質グループ:リシノール酸 プロピルアミド トリメ
チルアンモニウム メトスルフェート 式:
【0040】
【化5】
【0041】R1−COOH:リシノール酸
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) C09D 11/00 C09D 17/00 17/00 201/00 201/00 B41J 3/04 101Y (72)発明者 ホルスト クラインヘンツ ドイツ連邦共和国 グロースクロッツェン ブルク ネーベンシュトラーセ 23 (72)発明者 ヴェルナー カルビッツ ドイツ連邦共和国 ローデンバッハ ハー ナウアー ラントシュトラーセ 9 (72)発明者 ヨハン マティアス ドイツ連邦共和国 カール アム ビンザ ック 8 (72)発明者 ゲルト タウバー ドイツ連邦共和国 ゼーリゲンシュタット メーリケシュトラーセ 7 (72)発明者 アンドレアス シュテュッベ ドイツ連邦共和国 アシャッフェンブルク ディルスハイマー シュトラーセ 2

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 全分散液に対して、水の他に次の成分: カーボンブラック 1〜45質量% カチオン性界面活性剤 1〜40質量% を含有する水性カーボンブラック分散液。
  2. 【請求項2】 カチオン性界面活性剤が次の式: 【化1】 [R1−COOH:リシノール酸 R2、R3、R4:同じ又は異なることができ、C1〜C5
    アルキル基又は 【化2】 からなり、 R5:C1〜C5アルキル基 n:1〜5の自然数]である、請求項1記載の水性カー
    ボンブラック分散液。
  3. 【請求項3】 カーボンブラックが8〜80nmの一次
    粒子の平均粒度及び40〜200ml/100gのDB
    P−値を有する顔料カーボンブラックである、請求項1
    又は2記載の水性カーボンブラック分散液。
  4. 【請求項4】 分散液中に分散したカーボンブラックが
    50〜250nmの平均粒度を有する、請求項1から3
    までのいずれか1項記載の水性カーボンブラック分散
    液。
  5. 【請求項5】 カーボンブラックを全分散液に対して5
    〜25質量%の量で含有している、請求項1記載の水性
    カーボンブラック分散液。
  6. 【請求項6】 カチオン性界面活性剤を全分散液に対し
    て5〜25質量%の量で含有している、請求項1記載の
    水性カーボンブラック分散液。
  7. 【請求項7】 カチオン性界面活性剤が湿潤剤組合物又
    は少なくとも2種のカチオン性湿潤剤からなる混合物で
    ある、請求項1記載の水性カーボンブラック分散液。
  8. 【請求項8】 カーボンブラックを湿潤剤と一緒に水中
    に分散させ、場合により分散のためにパールミル、超音
    波−装置又はウルトラ−テュラックスを使用する、請求
    項1から7までのいずれか1項記載の水性カーボンブラ
    ック分散液の製造方法。
  9. 【請求項9】 水性カーボンブラック分散液を分散に引
    き続き遠心分離又は濾過する、請求項8記載の水性カー
    ボンブラック分散液の製造方法。
  10. 【請求項10】 インキ、塗料及び印刷インキの製造の
    ための、請求項1から7までのいずれか1項記載の水性
    カーボンブラック分散液の使用。
  11. 【請求項11】 インクジェットプリンター用のインキ
    の製造のための、請求項10記載の水性カーボンブラッ
    ク分散液の使用。
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