JP2002038050A - 黒色固形着色剤用カーボンブラック - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 分散媒体樹脂中に微細な粒子として容易かつ
均一に分散し、発色性が向上したトナー用等の黒色固形
着色剤用カーボンブラックを提供する。 【解決手段】 カーボンブラックの表面を水不溶性ロジ
ン塩で被覆した黒色固形着色剤用カーボンブラック。ま
たカーボンブラック１００重量部あたりロジン成分０．
５〜１００重量部で水不溶性ロジン塩がカーボンブラッ
クを被覆している黒色固形着色剤用カーボンブラック。
さらに被覆カーボンブラックの平均粒子径１〜６μｍで
ある黒色固形着色剤用カーボンブラック。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は電子写真用トナーや粉体
塗料等の着色原料として有用な黒色顔料に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】近年電子写真や粉体塗装技術は広く一般
に利用されている。電子写真で用いられる現像剤は、基
本的には顔料を分散媒体であるポリエステル樹脂等のバ
インダ樹脂中に分散させて、微粉体にした通常トナーと
呼ばれる固形インクである。より精細な複写を実現する
には、固形インクの粒子径が小さくならねばならず、そ
のために顔料自体が樹脂中に微小粒子として均一に分散
していることが必要である。粉体塗装においては、顔料
を塗料樹脂に分散させた粉体塗料が使用されるが、美麗
な表面仕上がりのためには、顔料自体が樹脂中に微小粒
子として均一に分散していることが必要である。カーボ
ンブラックは通常不溶不融の粒子の凝集粉体であり、高
分子材料中への微細な分散は容易なことではない。分散
媒体樹脂の選択により改良されてきているけれども、現
状では機械的作用で無理やりに分散させているに過ぎな
い。また、顔料は微細化するほど凝集しやすくなり分散
不良で発色性が低下するので、同一濃度をえるには、よ
り多くの顔料を使用せざるをえないという問題点があ
る。分散エネルギーの低減や微細顔料の発色性の改善が
必要である。すなわち、より精細な複写や美麗な表面仕
上がりと省エネルギーの観点から、より一層の進歩が求
められているのである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、カー
ボンブラックが分散媒体樹脂中により微細な粒子として
容易かつ均一に分散しうるようカーボンブラック粉体の
特性を改良することと発色性の改善である。

【０００４】

【課題を解決するための手段】表面処理剤の種類や処理
量を含む処理方法の選択により目的の達成を期する。

【０００５】従来、カーボンブラックの表面処理として
カーボンブラックを高エネルギー線に曝してその表面を
活性化するとか、その活性点にグラフト重合して表面特
性を改良すると言うような種々の提案がなされていた
が、操作の煩雑なことや経済性から大量使用の実用化に
は到っていないようである。液体状のインクや塗料で
は、カーボンブラックや有彩色顔料の分散や分散安定性
の向上を目指した表面処理の提案や実用化の例は多い。
しかし、少なくともトナーや粉体塗料用等のカーボンブ
ラックでの表面処理品は実用化されていないし、近年そ
の提案もない状態である。

【０００６】有彩色有機顔料の液状媒体中での分散性向
上のためにロジンを用いることは知られている。また、
カーボンブラックの溶融樹脂中での分散性確保のため、
例えば特開平１１−２４６７７３号では樹脂をエーテル
基含有アルコールのロジンエステルとロジン類とするこ
と、すなわち、分散媒体樹脂の改良や選択が提案されて
いる。しかし、カーボンブラックのとくに固体樹脂への
分散性および分散物の発色性向上のために、カーボンブ
ラックの表面をロジン系物質で被覆することは知られて
いなかったのである。本発明者らは本発明の目的を達成
するための方策を種々検討した結果、ロジン系物質で被
覆することを特徴とする本発明に到達した。

【０００７】すなわち、本発明のカーボンブラックは、
カーボンブラックの表面を水不溶性ロジン塩で被覆した
ことを主たる特徴とするものである。これによりトナー
のバインダ樹脂中にカーボンブラックが微細な粒子とし
て容易にしかも均一に分散可能になるし、発色性も向上
するのである。水不溶性ロジン塩で被覆したカーボンブ
ラック、未処理のカーボンブラック、水溶性ロジン塩や
界面活性剤あるいは高分子分散剤で被覆したカーボンブ
ラックの微粒子粉体は、固体状態で保管すると粒子同士
が凝集して粗粒化するが、バインダ樹脂と混練してトナ
ー化するに当たって、驚くべきことに水不溶性ロジン塩
で被覆したカーボンブラックのみが上述の効果を発揮す
るのである。またその効果をより有効確実に発揮させる
ためには請求項２および３に記載の条件を満たせばよい
ことも明らかになった。

【０００８】本発明において被覆されるカーボンブラッ
クは、ファーネスブラックやチャネルブラックあるいは
そのｐＨ特性を問わず実施可能である。当該分野で主と
して用いられるファーネスブラックにおいても有用な効
果を発揮させることができる。被覆されるカーボンブラ
ックは平均一次粒子径が０．０１μｍ以上０．１μｍ以
下の範囲内のものを使用する。粗大粒子は本発明の目的
に適さないし、超微細粒子は取扱い上厄介であるので、
好適な平均一次粒子径の範囲は０．０１５μｍ以上０．
０９μｍ以下である。ｐＨの好適範囲は６以上１０以下
である。この範囲を逸脱しても実施可能であるが、カー
ボンブラックへの被覆が不完全となる傾向があるため好
ましくない。カーボンブラックの特性値である吸油量
は、本発明では関係なく前述の粒度分布が重要である。

【０００９】本発明におけるロジンとは、アビエチン酸
やその誘導体を主体とする松脂製品で、当業界で古くか
らロジンと呼称されている物質である。アビエチン酸の
誘導体とは、天然に併存するアビエチン酸異性体や反応
物、あるいは人工的にアビエチン酸を化学修飾した化合
物である。例えば、デヒドロアビエチン酸、パラストリ
ン酸、ネオアビエチン酸、イソピマール酸、重合ロジ
ン、マレイン化ロジン、アルデヒド変性ロジン等であ
る。

【００１０】本発明におけるロジン被覆とは、ロジンの
多価金属塩でカーボンブラックの表面を被覆したこと指
す。多価金属とは２価以上の金属であり、被覆物は水不
溶性ロジン塩である。多価金属として多くの金属が可能
であるが、実用的にはカルシウム、バリウム、ストロン
チウム、マンガン、アルミニウム等が好適である。

【００１１】本発明における水不溶性ロジン塩の被覆量
は、カーボンブラックの性状にもよるが、カーボンブラ
ック１００重量部あたり、ロジン成分が０．５重量部以
上１００重量部以下の割合である。過小では本発明の目
的とする効果が殆ど認められないし、過大では効果は飽
和してしまい経済性の不利のみが増大する。より好まし
い範囲は、カーボンブラック１００重量部あたりロジン
成分が２重量部以上５０重量部以下の場合である。な
お、ロジン成分とは水不溶性ロジン塩を形成するための
ロジン酸の重量である。

【００１２】本発明における水不溶性ロジン塩の被覆状
態としては、カーボンブラックの一次粒子および／また
は二次粒子の表面が水不溶性ロジン塩で被覆され、被覆
粒子の平均粒子径が１μｍ以上６μｍ以下の範囲内にあ
る場合にとくに有効である。すべてのカーボンブラック
粒子が一次粒子にまで分離されて、その全表面が被覆さ
れていなくても目的とする効果が達成されるのである。
平均粒径が過大でカーボンブラックが粗大凝集粒子のま
ま被覆されていると、分散媒体樹脂との混練過程で粒子
が微細化しにくいし、微細化しても被覆のない表面が露
出したりして樹脂への容易で円滑な分散が阻害されるか
らである。被覆カーボンブラックの平均粒子径は、被覆
に供する原料カーボンブラックの凝集状態を制御するこ
と、および被覆工程の条件を選ぶことで、所定の値にす
ることが可能である。

【００１３】本発明でのカーボンブラックの表面被覆方
法は種々想定されるが、簡単で確実に実施できる方法を
例示すると以下のようになる。 １．水溶性ロジンの存在下にカーボンブラックを水に分
散させ、水溶性多価金属塩を添加すると、カーボンブラ
ック表面に水不溶性のロジン塩層が沈積するので、被覆
層が形成できる。ここで水溶性 ロジンとは、ロジンの
アルカリ金属塩、アンモニウム塩、アルカノールアミン
塩等である。水溶性 多価金属塩とは、多価金属の塩酸
塩、硝酸塩、酢酸塩等である。通常カーボンブラックは
粗大凝集粒として入手されるが、これを水に分散させる
段階で、分散条件を選定すれば被覆されるカーボン ブ
ラックの粒度が調節できる。分散にはロールミル、ボー
ルミル等の機械が使用可能である。被覆 層の形成後の
被覆カーボンブラックは濾別等の手段で液から分離し、
水洗等の洗滌を経て乾燥し固 体粉末としてえられる。 ２．上記の被覆方法において、水溶性ロジン塩の存在下
にカーボンブラックを水に分散させる際に、分散を容易
ならしめるため各種の界面活性剤を添加することも可能
である。本発明者らの知見によ ると多くの界面活性剤
が有効であり、当該分野の技術者は適宜選定可能であ
る。好適な活性剤を例 示すると、β−ナフタレンスル
ホン酸ホルマリン縮合物のナトリウム塩、ジアルキルス
ルホコハク酸のナトリウム塩、ポリカルボン酸型高分子
界面活性剤、ポリオキシエチレンノニルフェニルエー
テル等である。また、この工程では消泡剤の併用が好ま
しいが、これも当該分野の技術者には適宜 選定可能で
ある。本発明者らの知見によると、好適に使用できる消
泡剤としてソルビタンセスキオ レエート、2,4,7,9-テ
トラメチル-5-デシン-4,7-ジオール（例えば日信化学工
業（株）製サーフィノー ル１０４）や各種シリコン系
エマルジョン等を例示することができる。

【００１４】本発明での分散媒体樹脂とは、トナーや粉
体塗料で従来使用されている樹脂である。本発明のカー
ボンブラックはそれら樹脂に適用可能である。例えば、
トナー用樹脂であるポリスチレン系、ポリメタクリル
系、ポリエステル系、エポキシ樹脂系、ポリプロピレン
系、ポリエチレン系等のホモまたはコポリマ例えばスチ
レンアクリル系等に適用可能である。また粉体塗料用樹
脂であるポリメタクリル系、ポリエステル系、エポキシ
樹脂系等のホモまたはコポリマに適用可能である。

【００１５】本発明の表面被覆カーボンブラックは、従
来公知のトナー製法に供することが可能であり、トナー
用バインダ樹脂以外の添加剤、例えばキャリヤや電荷調
整剤の種類やその配合率に特別な変更を加えるとなく適
用可能である。そしてトナー用バインダ樹脂中にカーボ
ンブラックが微細な粒子として容易にしかも均一に分散
可能であり、高い発色性のトナーがえられる。本発明の
表面被覆カーボンブラックの効果は、対照となる表面被
覆を施さないカーボンブラックを使用する場合と比較し
て、分散のためのエネルギ所要量が約５０％以下に低
下、発色性が約４０％以上に向上することから明らかで
ある。以上に述べたトナーにおける本発明のカーボブラ
ックの使用法とその効果は、粉体塗料に応用する場合も
同様である。

【００１６】以下、本発明について実施例を挙げて説明
する。実施例中での部は重量部である。カーボンブラッ
クの粒度分布や平均粒子径はレーザードップラ効果の周
波数解析を行う動的光散乱法で測定した。カーボンブラ
ックの被覆状態は電子顕微鏡で観察した。

【００１７】（実施例１）ロジン（荒川化学工業（株）
製、ガムロジンＷＷ）とその中和量の水酸化ナトリウム
を加熱水中で攪拌下に反応させて、ロジン成分が３０％
であるロジンソープ液を調製した。カーボンブラック
（三菱化学（株）製、カーボンブラック＃４５、平均一
次粒子径０．０２４μｍ、ｐＨ８．０）４０．０部、先
述のロジンソープ液４０．０部、界面活性剤兼消泡剤で
あるサーフィノール１０４（日信化学工業（株）製）
３．０部および水７０．０部を分散機であるガラスビー
ズ入りペイントコンディショナに仕込み、９０分間振動
させてカーボンブラックを微細な分散状態にした。この
濃厚分散液をディスパに移し、カーボンブラック含有量
が５％となるよう水を追加し、６０分間攪拌して均一な
分散液とした。ついで塩化カルシウム２水和物の５％水
溶液１０５部を添加し、さらに６０分間攪拌を続けた。
その後液を加熱昇温し、８０℃で３０分間熟成させた。
これにてカーボンブラックの表面は水不溶性のロジンカ
ルシウム塩で被覆された。表面被覆カーボンブラックを
濾別し、水洗したのち７０℃で２４時間乾燥し、乾燥時
に凝集した粗大粒子をサンプルミルにて粉砕して、重量
分析からロジン成分被覆量が３０．０％で含有水分量が
０．３％の表面被覆カーボンブラック粉体をえた。えら
れた表面被覆カーボンブラック粉体の平均粒子径は３．
２μｍであり、粒子径は主として０．１〜８μｍの範囲
に分布しており、他方走査型電子顕微鏡観察でカーボン
ブラックの一次粒子および二次粒子の被覆物であること
が確認できた。一方、サンプルミルで粉砕する前の乾燥
したのみ、および粉砕後の表面被覆カーボンブラック粉
体の各５部を別々にトナー用ポリエステル系樹脂１００
部と１２０℃加熱ニーダにて５分間混練した。えられた
混練樹脂の切片を走査型電子顕微鏡で観察したところ、
樹脂中の表面被覆カーボンブラック粉体はいずれも最大
粒径７μｍ以下の微細粒子として均一に分散していた。
また混練樹脂をトルエンに所定濃度に溶解してアート紙
上にウェット厚み３ミルで塗布し乾燥したところ、いず
れも著しく光沢のある均一な濃黒色に展色できた。

【００１８】（比較例１）実施例１との比較のため、実
施例１で用いた市販カーボンブラック粉体５部を直接ト
ナー用ポリエステル系樹脂１００部と１２０℃加熱ニー
ダで混練した。カーボンブラックの分散が実施例１の場
合より難しく、混練樹脂中のカーボンブラックの平均粒
径を実施例１と同等にするためには混練時間を４５分間
と長くする必要があった。また、カーボンブラックの分
散状態を実施例１と同等にした混練樹脂をトルエンに溶
解してアート紙上に展色したところ着色力が低く、実施
例１の場合よりも淡色であった。黒色濃度を実施例１の
場合と同等にするには、カーボンブラックを３８％多く
使用する必要があった。

【００１９】（比較例２）実施例１との比較のため、実
施例１でのロジンソープ液、界面活性剤兼消泡剤液、塩
化カルシウム２水和物水溶液をすべて同量の水に換えて
実施例１の方法を繰り返して水処理カーボンブラックを
えた。この粉体５部をトナー用ポリエステル系樹脂１０
０部と１２０℃加熱ニーダで混練した。カーボンブラッ
クの分散が実施例１の場合より難しく、混練樹脂中のカ
ーボンブラックの平均粒径を実施例１と同等にするため
には混練時間を３０分間にする必要があった。また、カ
ーボンブラックの分散状態を実施例１と同等にした混練
樹脂をトルエンに溶解してアート紙上に展色したとこ
ろ、実施例１の場合よりも淡色であった。黒色濃度を実
施例１の場合と同等にするには、カーボンブラックを３
５％多く使用する必要があった。

【００２０】

【発明の効果】カーボンブラックの表面を水不溶性ロジ
ン塩で被覆したことにより、分散媒体樹脂中により微細
な粒子として容易かつ均一に分散し、しかも発色性の向
上した黒色固形着色剤用カーボンブラックが実現した。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 高木 透 兵庫県川西市小花２丁目23−２冨士色素株 式会社内 Ｆターム(参考） 4J037 AA02 EE03 FF15

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 カーボンブラックの表面を水不溶性ロジ
   ン塩で被覆したことを特徴とする黒色固形着色剤用カー
   ボンブラック。
2. 【請求項２】 カーボンブラック１００重量部あたり、
   ロジン成分が０．５重量部以上１００重量部以下の割合
   で水不溶性ロジン塩がカーボンブラックを被覆している
   ことを特徴とする請求項１に記載の黒色固形着色剤用カ
   ーボンブラック。
3. 【請求項３】 被覆カーボンブラックの平均粒子径が１
   μｍ以上６μｍ以下の範囲内にあることを特徴とする請
   求項１または２に記載の黒色固形着色剤用カーボンブラ
   ック。