JP2002241643A - Carbon black for aqueous ink and aqueous pigment ink using the same - Google Patents

Carbon black for aqueous ink and aqueous pigment ink using the same

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JP2002241643A
JP2002241643A JP2001041578A JP2001041578A JP2002241643A JP 2002241643 A JP2002241643 A JP 2002241643A JP 2001041578 A JP2001041578 A JP 2001041578A JP 2001041578 A JP2001041578 A JP 2001041578A JP 2002241643 A JP2002241643 A JP 2002241643A
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a carbon black having excellent water dispersibility and ink function, and suitable for an aqueous ink, and to provide an aqueous pigment ink using the carbon black. SOLUTION: The carbon black for an aqueous ink is obtained by subjecting a mixed carbon black obtained by blending a carbon black A having a CTAB specific area of >=140 m2/g, a tinting strength (Tint) of >=120% and a DBP absorption of >=100 cm3/100 g, and a carbon black B having a DBP absorption of <100 m3/100 g at a specific weight ratio to an oxidation treatment. The obtained chemically modified carbon black has an atomic ratio of the whole carbon atoms to the whole oxygen atoms of >=0.1 and the amount of hydrogen- containing surface functional groups of >=3.0 μeq/m2. Further, the aqueous pigment ink is obtained by dispersing the mixed carbon black in water, subjecting the dispersion to an oxidation treatment to chemically modify the carbon black, and filtering it. The material on the filter is dispersed in an alkali aqueous solution, and subsequently the dispersion is purified by removing the salt which remains in it.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、水中への分散性能
に優れ、水性黒色インキ用として好適な水性インキ用カ
ーボンブラック、および該カーボンブラックを顔料とし
て用いた水性顔料インキに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a carbon black for water-based ink which is excellent in dispersibility in water and is suitable for a water-based black ink, and a water-based pigment ink using the carbon black as a pigment.

【0002】[0002]

【従来の技術】カーボンブラックは疎水性で水に対する
濡れ性が低いために水中に高濃度で安定に分散させるこ
とは極めて困難である。これはカーボンブラック表面に
存在する水分子との親和性が高い官能基が極めて少ない
ことに起因する。そこで、水分散性を向上させるために
カーボンブラックを酸化改質して表面に親水性の官能基
を形成する方法が古くから知られている。
2. Description of the Related Art Since carbon black is hydrophobic and has low wettability with water, it is extremely difficult to stably disperse carbon black at a high concentration in water. This is because the number of functional groups having a high affinity for water molecules existing on the carbon black surface is extremely small. Therefore, a method of forming a hydrophilic functional group on the surface by oxidatively modifying carbon black to improve water dispersibility has been known for a long time.

【0003】例えば、特開昭48−18186号公報に
はカーボンブラックを次亜ハロゲン酸塩の水溶液で酸化
処理する方法が、また、特開昭57−159856号公
報にはカーボンブラックを低温酸化プラズマ処理するこ
とを特徴とする水分散性改質カーボンブラックの製造方
法が開示されている。
For example, JP-A-48-18186 discloses a method of oxidizing carbon black with an aqueous solution of hypohalite, and JP-A-57-159856 discloses a method of oxidizing carbon black with a low-temperature oxidizing plasma. There is disclosed a method for producing a water-dispersible modified carbon black, which is characterized by treating.

【0004】水分散性に優れたカーボンブラックは水性
顔料インキとして有用されており、筆記具をはじめ、特
に近年ではインキジェットプリンター用の記録液などと
しても注目されている。易水分散性カーボンブラックを
用いた水性インキとして、例えば、特開平8−3498
号公報には水とカーボンブラックとを含有する水性顔料
インキにおいて、該カーボンブラックが1.5mmol/g以
上の表面活性水素含有量を有する水性顔料インキ、及
び、水とカーボンブラックとを含有する水性顔料インキ
の製造方法において、(a) 酸性カーボンブラックを得る
工程と、(b) 前記酸性カーボンブラックを水中で次亜ハ
ロゲン酸塩で更に酸化する工程とを、包含する水性顔料
インキの製造方法が提案されている。また、特開平8−
319444号公報には吸収量100cm3/100g以下のカ
ーボンブラックを水性媒体中に微分散する工程;及び次
亜ハロゲン酸塩を用いて該カーボンブラックを酸化する
工程;を包含する水性顔料インキの製造方法が開示され
ている。
[0004] Carbon black having excellent water dispersibility is useful as an aqueous pigment ink, and has attracted attention as a recording liquid for ink jet printers, especially in writing instruments in recent years. Examples of aqueous inks using water-dispersible carbon black include, for example, JP-A-8-3498.
JP-A No. 2000-209, in an aqueous pigment ink containing water and carbon black, wherein the carbon black has a surface active hydrogen content of 1.5 mmol / g or more, and an aqueous pigment ink containing water and carbon black. In the method for producing a pigment ink, (a) a step of obtaining an acidic carbon black, and (b) a step of further oxidizing the acidic carbon black with a hypohalite in water, the method of producing an aqueous pigment ink includes Proposed. Further, Japanese Unexamined Patent Publication No.
Step to 319,444 discloses finely dispersed carbon black less absorption 100 cm 3/100 g in an aqueous medium; manufacture encompassing aqueous pigment ink to; and step of oxidizing the carbon black using a hypohalite A method is disclosed.

【0005】上記の特開平8−3498号公報及び特開
平8−319444号公報ではカーボンブラックを酸化
して、表面に親水性の官能基である活性水素を多く含有
させることにより水分散性が良好で、長期間の分散安定
性に優れた水性顔料インキを得るものである。しかしな
がら、カーボンブラックが水中に分散して安定な分散状
態を維持するためにはカーボンブラック粒子表面と水分
子との接触界面に存在する親水性の官能基量が大きく機
能し、単にカーボンブラック単位重量当たりに存在する
官能基量を規制するのみでは分散性の良否を的確に判断
することは困難である。
In the above-mentioned JP-A-8-3498 and JP-A-8-319444, carbon black is oxidized so that the surface contains a large amount of active hydrogen, which is a hydrophilic functional group, so that water dispersibility is good. Thus, an aqueous pigment ink having excellent long-term dispersion stability can be obtained. However, in order for carbon black to disperse in water and maintain a stable dispersion state, the amount of hydrophilic functional groups present at the contact interface between the surface of the carbon black particles and the water molecules functions greatly, and merely the carbon black unit weight It is difficult to accurately judge whether the dispersibility is good or not simply by regulating the amount of the functional group present per hit.

【0006】そこで、本発明者は分散性能の良否を的確
に判断する新たな指標としてカーボンブラック単位表面
積当たりに存在する親水性の水素含有官能基量に着目し
て研究を進め、表面に存在する水素含有官能基のうちカ
ルボキシル基とヒドロキシル基の総和量が、単位表面積
当たり3μeq/m2以上である易水分散性カーボンブラッ
ク、及びその製造方法(特開平11−148027号公報)、窒
素吸着比表面積(N2SA)が80m2/g以上、DBP吸油量が
70ml/100g 以下のカーボンブラックを酸化処理したカ
ーボンブラックであって、アグリゲートのストークスモ
ード径Dst(nm)とアグロメレートの平均粒径Dupa50%(n
m)との比Dupa50%/Dstの値が1.5〜2.0の特性を
備える易水分散性カーボンブラック(特開平11−148026
号公報)などを開発した。
Therefore, the present inventor has focused on the amount of hydrophilic hydrogen-containing functional groups present per unit surface area of carbon black as a new index for accurately judging the quality of the dispersing performance, and has proceeded with research to find the presence on the surface. Water-dispersible carbon black in which the total amount of carboxyl groups and hydroxyl groups among the hydrogen-containing functional groups is 3 μeq / m 2 or more per unit surface area, a method for producing the same (JP-A-11-148027), and a nitrogen adsorption ratio A carbon black obtained by oxidizing carbon black having a surface area (N 2 SA) of 80 m 2 / g or more and a DBP oil absorption of 70 ml / 100 g or less. The Stokes mode diameter Dst (nm) of the aggregate and the average particle diameter of agglomerate Dupa50% (n
m) and a water-dispersible carbon black having a characteristic having a Dupa50% / Dst value of 1.5 to 2.0 (JP-A-11-148026).
No.).

【0007】更に、窒素吸着比表面積(N2SA)が50m2/g
以上、DBP吸油量が80ml/100g以下のカーボンブラ
ックであって、(1) カーボンブラックのアグリゲートの
ストークスモード径Dst(nm)とアグロメレートの平均粒
径Dupa50%(nm)との比Dupa50%/Dstの値が1.1〜
1.5、(2) アグロメレートの平均粒径Dupa50%(nm)の
値が40〜140(nm)、(3) アグロメレートの最大粒径
Dupa99%(nm)の値が250(nm)以下、であり、かつ表面
に存在する水素含有官能基のうちカルボキシル基とヒド
ロキシル基の総和量が単位表面積当たり3μeq/m2以上
の特性を備える易水分散性カーボンブラック(特開平11
−256066号公報)を開発、提案した。
Further, the nitrogen adsorption specific surface area (N 2 SA) is 50 m 2 / g
As described above, a carbon black having a DBP oil absorption of 80 ml / 100 g or less, and (1) a ratio Dupa50% / d between the Stokes mode diameter Dst (nm) of the carbon black aggregate and the average particle diameter Dupa50% (nm) of the agglomerate. Dst value is 1.1 ~
1.5, (2) the value of the average particle size Dupa50% (nm) of agglomerate is 40 to 140 (nm), (3) the value of the maximum particle size Dupa99% (nm) of agglomerate is 250 (nm) or less, Water-dispersible carbon black having the property that the total amount of carboxyl groups and hydroxyl groups among the hydrogen-containing functional groups present on the surface is 3 μeq / m 2 or more per unit surface area (JP-A-11
-256066).

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、引き続
き研究を進める過程において、一般にストラクチャーレ
ベルが低いカーボンブラックを用いた水性顔料インキは
吐出安定性や沈殿残渣率などは良好であるが、黒色度が
低下する傾向にあり、一方、レギュラークラス以上の高
いストラクチャーレベルのカーボンブラックを用いて作
製した水性顔料インキは黒色度や沈殿残渣率などは良好
であるが、吐出安定性に関係する濾過性が悪化するなど
の傾向にあることが判明した。
However, in the course of continuing the research, aqueous pigment inks using carbon black having a low structure level generally have good ejection stability and the rate of sedimentation residue, but have low blackness. On the other hand, aqueous pigment inks prepared using carbon black with a high structure level of the regular class or higher have good blackness and the rate of sedimentation residue, but have poor filterability related to ejection stability. It turns out that there is a tendency.

【0009】本発明は、これらの知見に基づいて開発に
至ったもので、その目的は、水中における分散性に優
れ、水性インキ用の黒色顔料として好適な、例えばイン
キジェット用インキ顔料として用いた場合、普通紙、専
用紙、OHPシート、アート紙などに印字する際の紙定
着濃度、印字濃度、吐出安定性、耐光性、保存安定性お
よび分散安定性などのインキ性能に優れた水性インキ用
カーボンブラック、およびこのカーボンブラックを顔料
として用いた水性顔料インキを提供することにある。
The present invention has been developed on the basis of these findings, and its purpose is to provide excellent dispersibility in water and to be suitable as a black pigment for aqueous inks, for example, as an ink pigment for ink jet. For aqueous inks with excellent ink performance such as paper fixing density, printing density, ejection stability, light resistance, storage stability and dispersion stability when printing on plain paper, special paper, OHP sheet, art paper, etc. An object of the present invention is to provide carbon black and an aqueous pigment ink using the carbon black as a pigment.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明の水性インキ用カーボンブラックは、CTAB
比表面積が140m2/g以上、比着色力(Tint)が120%
以上であって、DBP吸収量が100cm3/100g以上のカ
ーボンブラックAとDBP吸収量が100cm3/100g未満
のカーボンブラックBとを、A:Bが70:30〜1
0:90の重量比で混合したカーボンブラックを酸化処
理して、X線光電子分光法により測定した全炭素原子と
全酸素原子との原子比(酸素結合エネルギーの強度/炭
素結合エネルギーの強度)を0.1以上に、水素含有表
面官能基量が3.0μeq/m2 以上に、化学修飾されたこ
とを構成上の特徴とする。
In order to achieve the above object, the carbon black for aqueous inks of the present invention is CTAB.
Specific surface area is 140m 2 / g or more, specific coloring power (Tint) is 120%
Be more than, DBP absorption amount of 100 cm 3/100 g or more of the carbon black A and the DBP absorption amount of carbon black B of less than 100 cm 3/100 g, A: B is 70: 30 to 1
The carbon black mixed at a weight ratio of 0:90 is oxidized, and the atomic ratio of total carbon atoms to total oxygen atoms (oxygen binding energy intensity / carbon binding energy intensity) measured by X-ray photoelectron spectroscopy is calculated. It is characterized in that it is chemically modified to have a hydrogen-containing surface functional group content of not less than 0.1 and not less than 3.0 μeq / m 2 .

【0011】更に、本発明の水性インキ用カーボンブラ
ックは上記の特性を備えたカーボンブラックであって、
水中に分散した状態におけるカーボンブラックのアグロ
メレートの平均粒径Dupa50%が50〜110nm、アグロ
メレートの最大粒径Dupa99%が250nm以下の粒子凝集
性状を示すことを特徴とする。
Further, the carbon black for an aqueous ink of the present invention is a carbon black having the above-mentioned properties,
In the state of being dispersed in water, the carbon black has an agglomerate having an average particle size Dupa of 50% to 50 nm and a maximum agglomerate particle size of Dupa of 99% having a particle aggregation property of 250 nm or less.

【0012】また、本発明の水性顔料インキはCTAB
比表面積が140m2/g以上、比着色力(Tint)が120%
以上で、DBP吸収量が100cm3/100g以上のカーボン
ブラックAとDBP吸収量が100cm3/100g未満のカー
ボンブラックBとを、A:Bが70:30〜10:90
の重量比で混合したカーボンブラックを水中に分散した
状態で酸化処理し、X線光電子分光法により測定した全
炭素原子と全酸素原子との原子比(酸素結合エネルギー
の強度/炭素結合エネルギーの強度)を0.1以上に、
水素含有表面官能基量を3.0μeq/m2 以上に化学修飾
し、濾別後、アルカリ水溶液に分散し、次いで分散液中
に残存する塩を分離精製してなることを構成上の特徴と
する。
The aqueous pigment ink of the present invention is CTAB.
Specific surface area is 140m 2 / g or more, specific coloring power (Tint) is 120%
Or more, DBP absorption amount of 100 cm 3/100 g or more of the carbon black A and the DBP absorption amount of carbon black B of less than 100 cm 3/100 g, A: B is 70: 30-10: 90
Is oxidized in a state where carbon black mixed at a weight ratio of water is dispersed in water, and the atomic ratio of total carbon atoms to total oxygen atoms (oxygen bond energy intensity / carbon bond energy intensity) measured by X-ray photoelectron spectroscopy ) To 0.1 or more,
The structural feature is that the amount of the hydrogen-containing surface functional group is chemically modified to 3.0 μeq / m 2 or more, separated by filtration, dispersed in an aqueous alkaline solution, and then the salt remaining in the dispersion is separated and purified. I do.

【0013】更に、本発明の水性顔料インキは、水分散
液中のカーボンブラックの分散濃度が20wt%における
沈殿残渣率が14wt%未満であり、またカーボンブラッ
クの分散濃度が4wt%の水分散液を#6バーコーターによ
り普通紙(XEROX 4024)にドローダウンした場合の黒色
度が1.20以上であることを特徴としている。
Furthermore, the aqueous pigment ink of the present invention has an aqueous dispersion having a carbon black dispersion concentration of less than 14 wt% at a carbon black dispersion concentration of 20 wt% and a carbon black dispersion concentration of 4 wt%. Is drawn down to plain paper (XEROX 4024) by a # 6 bar coater, and the blackness is 1.20 or more.

【0014】[0014]

【発明の実施の形態】カーボンブラック特性のうち、C
TAB比表面積は、カーボンブラックを水中に分散させ
た場合にカーボンブラック粒子表面と水分子とが接触す
る界面の面積に関与する特性であり、この値が大きい
程、接触界面の面積が大きくなるので水分散性能は向上
する。しかしながら、水性インキとした場合には紙定着
濃度が低くなり、印字濃度が薄くなる。一方、CTAB
比表面積が小さくなると水分子との接触界面も小さくな
るので水分散性能が低下し、水性インキの濾過性や吐出
安定性などが低下するとともに沈殿残渣率が著しく増加
する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Among the characteristics of carbon black, C
The TAB specific surface area is a characteristic related to the area of the interface at which the surface of carbon black particles and water molecules are in contact with each other when carbon black is dispersed in water. The larger this value is, the larger the area of the contact interface is. Water dispersion performance is improved. However, when the aqueous ink is used, the paper fixing density is low, and the print density is low. On the other hand, CTAB
When the specific surface area is reduced, the contact interface with water molecules is also reduced, so that the water dispersing performance is reduced, and the filterability and discharge stability of the aqueous ink are reduced, and the precipitation residue ratio is significantly increased.

【0015】比着色力(Tint)は、カーボンブラックの粒
子径(比表面積)やストラクチャー(DBP吸収量)、
更にアグリゲート径などに関連した特性であり、この値
が小さくなると、粒度分布がブロード化するため水性イ
ンキを作製した場合に濾過性や吐出安定性が低下し、ま
た沈殿残渣率も増大することとなる。
The specific coloring power (Tint) is determined based on the particle size (specific surface area), structure (DBP absorption),
Furthermore, it is a characteristic related to the aggregate diameter, etc., and when this value is small, the filterability and ejection stability are reduced when the aqueous ink is produced because the particle size distribution is broadened, and the precipitation residue ratio is also increased. Becomes

【0016】また、DBP吸収量はストラクチャーレベ
ルを示し、水中に分散した状態におけるカーボンブラッ
ク粒子の凝集体の大きさに関連する特性であり、DBP
吸収量が大きくなると印字濃度が高くなり、黒色度は増
大するが、水分散液中において凝集体が絡み合う確率が
高くなり、カーボンブラックが沈降し易くなるので、水
性インキとした場合に沈殿残渣率が増大して、濾過性や
吐出安定性が低下することとなる。一方、DBP吸収量
が小さい場合には沈殿残渣率は小さくなるが、紙定着濃
度が低下するため、印字濃度、黒色度などが低下する。
The DBP absorption indicates a structure level, and is a characteristic related to the size of the aggregate of carbon black particles in a state of being dispersed in water.
When the amount of absorption increases, the print density increases and the blackness increases, but the probability of entanglement of the aggregates in the aqueous dispersion increases, and the carbon black tends to settle. Increases, and the filterability and the discharge stability decrease. On the other hand, when the DBP absorption is small, the precipitation residue ratio is small, but the paper fixing density is reduced, so that the print density, blackness and the like are reduced.

【0017】このようにカーボンブラックの特性は、水
への分散性能、更に水性インキの紙定着濃度、印字濃
度、黒色度、濾過性、吐出安定性、沈殿残渣率などのイ
ンキ性能に大きな影響を与えるとになる。そこで、本発
明の水性インキ用カーボンブラックは、カーボンブラッ
クの特性としてCTAB比表面積を140m2/g以上、比
着色力(Tint)を120%以上に設定し、DBP吸収量の
異なる2種類のカーボンブラック、すなわち、DBP吸
収量が100cm3/100g以上のカーボンブラックAと、D
BP吸収量が100cm3/100g未満のカーボンブラックB
とを、A:Bが70:30〜10:90の重量比で混合
したカーボンブラックを適用する点に特徴がある。な
お、比着色力(Tint)の測定はASTMD3265−9
3、DBP吸収量の測定はASTMD2414−93に
従って行う。
As described above, the characteristics of carbon black have a great influence on the ink performance such as the dispersing ability in water, and the paper fixing density, print density, blackness, filterability, discharge stability, and sedimentation residue rate of the aqueous ink. And give it. Therefore, the carbon black for water-based inks of the present invention is characterized in that the carbon black has a CTAB specific surface area of 140 m 2 / g or more, a specific coloring power (Tint) of 120% or more, and two types of carbon black having different DBP absorption amounts. black, i.e., a DBP absorption 100 cm 3/100 g or more of the carbon black a, D
Carbon black B with BP absorption less than 100cm 3 / 100g
Is characterized in that carbon black in which A: B is mixed in a weight ratio of 70:30 to 10:90 is used. The specific coloring power (Tint) was measured according to ASTM D3265-9.
3. Measurement of DBP absorption is performed according to ASTM D2414-93.

【0018】CTAB比表面積が140m2/g未満の場合
は、水分散性能が低く、水性インキの濾過性や吐出安定
性などが低下するとともに沈殿残渣率が著しく増加する
こととなる。また、比着色力(Tint)が120%未満であ
ると、粒度分布がブロード化するため水性インキを作製
した場合に濾過性や吐出安定性が低下し、沈殿残渣率が
増大することとなる。なお、CTAB比表面積はAST
MD3765−92aに従って測定する。
When the CTAB specific surface area is less than 140 m 2 / g, the water dispersibility is low, the filterability and discharge stability of the aqueous ink are reduced, and the rate of the precipitation residue is significantly increased. On the other hand, when the specific coloring power (Tint) is less than 120%, the particle size distribution is broadened, so that when an aqueous ink is produced, the filterability and the ejection stability decrease, and the precipitation residue ratio increases. The CTAB specific surface area is AST
Measured according to MD3765-92a.

【0019】DBP吸収量が100cm3/100g以上である
と、水性インキの黒色度は向上するが沈殿残渣率が増加
し、一方、DBP吸収量が100cm3/100g未満の場合に
は、沈殿残渣率は低くなるが黒色度が低下する。そのた
め、本発明の水性インキ用カーボンブラックにおいて
は、DBP吸収量が異なる2種類のカーボンブラック、
すなわち、DBP吸収量が100cm3/100g以上のカーボ
ンブラックAと、DBP吸収量が100cm3/100g未満の
カーボンブラックBとを、A:Bが70:30〜10:
90の重量比で混合したカーボンブラックが適用され
る。カーボンブラックA、Bの混合比として、Aの重量
比が70を越え、Bの重量比が30を下回ると沈殿残渣
率が増大し、Aの重量比が10を下回り、Bの重量比が
90を越えると黒色度が著しく低下することになる。な
お、カーボンブラックA、BのDBP吸収量の差は10
cm3/100g以上あることが好ましい。
[0019] DBP absorption amount is 100 cm 3/100 g or more, blackness of the aqueous ink is improved but increased precipitation residue渣率. If the DBP absorption is less than 100 cm 3/100 g, the precipitate residue The ratio is low but the blackness is low. Therefore, in the carbon black for water-based ink of the present invention, two types of carbon blacks having different DBP absorption amounts,
That is, the DBP absorption amount is 100 cm 3/100 g or more carbon blacks A, DBP absorption of carbon black B of less than 100 cm 3/100 g, A: B is 70: 30-10:
A carbon black mixed at a weight ratio of 90 is applied. When the weight ratio of A exceeds 70 and the weight ratio of B is less than 30, as a mixing ratio of carbon blacks A and B, the precipitation residue ratio increases, the weight ratio of A falls below 10, and the weight ratio of B becomes 90. If it exceeds, the blackness will be significantly reduced. The difference in DBP absorption between carbon blacks A and B is 10
It is preferable that the cm 3/100 g or more.

【0020】本発明の水性インキ用カーボンブラック
は、これらの特性を有するカーボンブラックA、Bを所
定の重量比で混合したカーボンブラックを対象にして、
酸化処理してその表面に存在する官能基として、X線光
電子分光法により測定した全炭素原子と全酸素原子との
原子比(酸素結合エネルギーの強度/炭素結合エネルギ
ーの強度)の値が0.1以上に、水素含有表面官能基量
を3.0μeq/m2 以上に化学修飾された点に特徴があ
る。
The carbon black for an aqueous ink of the present invention is intended for a carbon black obtained by mixing carbon blacks A and B having these properties at a predetermined weight ratio.
As a functional group present on the surface after the oxidation treatment, the value of the atomic ratio of total carbon atoms to total oxygen atoms (oxygen binding energy intensity / carbon binding energy intensity) measured by X-ray photoelectron spectroscopy is 0. One or more is characterized in that the amount of hydrogen-containing surface functional groups is chemically modified to be 3.0 μeq / m 2 or more.

【0021】XPSやESCAなどのX線光電子分光法
により測定される全炭素原子と全酸素原子との原子比
(酸素結合エネルギーの強度/炭素結合エネルギーの強
度)が0.1未満であると、水などの極性溶媒に対する
自己分散性が低下し、水性インキとした場合に分散安定
性が悪化することとなる。なお、この結合エネルギーの
強度比の調整は、酸化処理によりカーボンブラック粒子
表面に親水性の官能基を生成させることにより行われ
る。
When the atomic ratio of total carbon atoms to total oxygen atoms (oxygen bond energy intensity / carbon bond energy intensity) measured by X-ray photoelectron spectroscopy such as XPS or ESCA is less than 0.1, The self-dispersibility in a polar solvent such as water is reduced, and the dispersion stability is deteriorated when an aqueous ink is used. The adjustment of the strength ratio of the binding energy is performed by generating a hydrophilic functional group on the surface of the carbon black particles by an oxidation treatment.

【0022】そして、親水性の官能基としてカルボキシ
ル基やヒドロキシル基などの水素含有表面官能基量が
3.0μeq/m2 以上に化学修飾されたものであることが
必要となる。カーボンブラックの水中への分散性能はカ
ーボンブラックと水分子との接触界面に存在する親水性
の官能基量が大きな役割を果たすので、化学修飾して形
成された親水性官能基量として、活性水素を含むカルボ
キシル基およびヒドロキシル基などの水素含有表面官能
基量を3.0μeq/m2 以上に設定する。この値が3.0
μeq/m2 を下回ると親水性の官能基量が少ないために、
優れた分散性能を付与することができなくなる。
It is necessary that the hydrophilic functional group is chemically modified to have a hydrogen-containing surface functional group such as a carboxyl group or a hydroxyl group in an amount of 3.0 μeq / m 2 or more. Since the amount of hydrophilic functional groups present at the contact interface between carbon black and water molecules plays a major role in the performance of dispersing carbon black in water, active hydrogen is determined as the amount of hydrophilic functional groups formed by chemical modification. The amount of hydrogen-containing surface functional groups such as carboxyl groups and hydroxyl groups containing is set to 3.0 μeq / m 2 or more. This value is 3.0
For hydrophilic functional group amount is small below the μeq / m 2,
Excellent dispersion performance cannot be imparted.

【0023】なお、水素含有表面官能基は下記の方法に
よって測定される。 カルボキシル基;0.976Nの炭酸水素ナトリウム
水溶液50ml中に、カーボンブラック約2〜5g を入れ
て6時間程度振盪する。振盪後、カーボンブラックと反
応液を分離し、濾液を0.05Nの水酸化ナトリウムに
よって滴定試験を行い、表面上のカルボキシル基量を測
定する。この値を該当する未酸化カーボンブラックの窒
素吸着比表面積(N2SA)で除した値を単位表面積当たりの
カルボキシル基量 (μeq/m2)とする。 ヒドロキシル基;2,2′-Diphenyl-1-picrylhydrazyl
(DPPH)を四塩化炭素に溶解し、5×10-4mol/l溶液を
作製する。該溶液にカーボンブラックを0.1〜0.6
g 添加し、60℃の恒温槽中にて6時間攪拌する。その
後、反応液とカーボンブラックを分離し、濾液の吸収度
を波長520nmで紫外線吸光光度計により測定し、ヒド
ロキシル基量を測定する。この値を該当する未酸化カー
ボンブラックの窒素吸着比表面積(N2SA)で除した値を、
単位表面積当たりのヒドロキシル基量 (μeq/m2)とす
る。
The hydrogen-containing surface functional group is measured by the following method. Carboxyl group: About 2 to 5 g of carbon black is placed in 50 ml of 0.976N aqueous sodium hydrogen carbonate solution and shaken for about 6 hours. After shaking, the carbon black and the reaction solution are separated, and the filtrate is subjected to a titration test with 0.05N sodium hydroxide to measure the amount of carboxyl groups on the surface. The value obtained by dividing this value by the nitrogen adsorption specific surface area (N 2 SA) of the corresponding unoxidized carbon black is defined as the amount of carboxyl groups per unit surface area (μeq / m 2 ). Hydroxyl group; 2,2'-Diphenyl-1-picrylhydrazyl
(DPPH) is dissolved in carbon tetrachloride to prepare a 5 × 10 −4 mol / l solution. 0.1 to 0.6 of carbon black is added to the solution.
g and stirred in a 60 ° C. thermostat for 6 hours. Thereafter, the reaction solution and carbon black are separated, and the absorbance of the filtrate is measured at a wavelength of 520 nm with an ultraviolet absorption spectrophotometer to determine the amount of hydroxyl groups. The value obtained by dividing this value by the nitrogen adsorption specific surface area (N 2 SA) of the corresponding unoxidized carbon black,
The amount of hydroxyl groups per unit surface area (μeq / m 2 ).

【0024】酸化処理は、例えば過硫酸塩、過硼酸塩、
過炭酸塩などのアルカリ金属塩やアンモニウム塩などの
酸化剤水溶液中にカーボンブラックを添加して酸化する
ことにより行われ、酸化剤水溶液の濃度、カーボンブラ
ックの添加量、反応温度、反応時間などを適宜に制御し
て、全炭素原子と全酸素原子との原子比(酸素結合エネ
ルギーの強度/炭素結合エネルギーの強度)が0.1以
上に、またカルボキシル基とヒドロキシル基の和である
水素含有表面官能基量が3.0μeq/m2 以上となるよう
に処理される。
The oxidation treatment may be, for example, persulfate, perborate,
This is performed by adding carbon black to an aqueous solution of an oxidizing agent such as an alkali metal salt or an ammonium salt such as percarbonate and oxidizing the solution.The concentration of the oxidizing agent aqueous solution, the amount of the carbon black added, the reaction temperature, the reaction time, etc. Appropriately controlled, a hydrogen-containing surface having an atomic ratio of total carbon atoms to total oxygen atoms (oxygen bond energy intensity / carbon bond energy intensity) of 0.1 or more, and a sum of carboxyl groups and hydroxyl groups The treatment is performed so that the amount of the functional group is 3.0 μeq / m 2 or more.

【0025】更に、本発明の水性インキ用カーボンブラ
ックは、上記の特性に加えて、水中に分散した状態にお
けるカーボンブラックのアグロメレートの平均粒径Dup
a50%の値が50〜110nm、アグロメレートの最大粒径
Dupa99%の値が250nm以下の粒子凝集性状を有するこ
とを特徴としている。
Further, the carbon black for water-based ink of the present invention has, in addition to the above characteristics, an average particle size Dup of agglomerates of carbon black in a state of being dispersed in water.
The agglomerate is characterized in that it has a particle aggregation property of 50 to 110 nm and a maximum agglomerate particle size of Dupa 99% of 250 nm or less.

【0026】水中におけるカーボンブラック粒子の凝集
形態の大きさを示すアグロメレートの平均粒径Dupa50%
の値が50nm未満であると、水性インキとした場合に紙
繊維の隙間をカーボンブラックが通過する頻度が増大し
て紙定着濃度が低下し、印字濃度が低下する。一方、ア
グロメレートの平均粒径Dupa50%の値が110nmを越え
ると印字濃度は向上するが、水性インキ中のカーボンブ
ラックの分散安定性が低下して、濾過性が悪化し、沈殿
残渣率が増大することになる。また、アグロメレートの
最大粒径Dupa99%の値が250nmを越えると、水性イン
キ中において大きな凝集体のカーボンブラックが存在す
ることになり、沈殿残渣率が増大し、吐出安定性および
濾過性の低下が著しくなるためである。
The average particle size of the agglomerate indicating the size of the aggregated form of the carbon black particles in water Dupa 50%
Is less than 50 nm, the frequency of passage of the carbon black through the gaps between the paper fibers increases when the aqueous ink is used, so that the paper fixing density decreases and the print density decreases. On the other hand, when the value of the average particle size Dupa 50% of the agglomerate exceeds 110 nm, the print density is improved, but the dispersion stability of carbon black in the aqueous ink is reduced, the filterability is deteriorated, and the rate of sedimentation residue is increased. Will be. Further, when the value of the maximum particle diameter Dupa 99% of the agglomerate exceeds 250 nm, large aggregates of carbon black are present in the aqueous ink, the precipitation residue ratio increases, and the discharge stability and the filtration property decrease. This is because it becomes remarkable.

【0027】なお、アグロメレートの平均粒径Dupa50%
および最大粒径Dupa99%は、下記の方法によって測定さ
れる。カーボンブラックを水に分散して0.1〜0.5
kg/m3 の分散液を調製し、ヘテロダインレーザドップラ
ー方式粒度分布測定装置(マイクロトラック社製、UPA
mode1 9340)を用いて分散液にレーザー光を照射して、
散乱光の周波数変調の度合いから分散液中のアグロメレ
ートの粒径を測定する。分散液中のカーボンブラックは
ブラウン運動しており、ドップラー効果によって分散し
ているカーボンブラック凝集体の大きさにより散乱光の
周波数が変調する。したがって、凝集体の大きさによる
ブラウン運動の激しさが異なることから、水中に分散し
ている状態における凝集体の大きさ、すなわちアグロメ
レートの粒径を測定することができる。このようにして
測定したアグロメレート粒径からその累積度数分布曲線
を作成し、50%累積度数の値をアグロメレートの平均
粒径Dupa50%(nm)、99%累積度数の値をアグロメレー
トの最大粒径Dupa99%(nm)とする。
The average particle size of agglomerate Dupa 50%
And the maximum particle size Dupa99% is measured by the following method. Disperse carbon black in water to 0.1-0.5
kg / m 3 dispersion was prepared and a heterodyne laser Doppler system particle size distribution analyzer (Microtrac, UPA
mode1 9340) and irradiate the dispersion with laser light.
The particle size of the agglomerate in the dispersion is measured from the degree of frequency modulation of the scattered light. The carbon black in the dispersion liquid undergoes Brownian motion, and the frequency of scattered light is modulated by the size of the dispersed carbon black aggregate due to the Doppler effect. Therefore, since the intensity of the Brownian motion varies depending on the size of the aggregate, the size of the aggregate in a state of being dispersed in water, that is, the particle size of the agglomerate can be measured. A cumulative frequency distribution curve is created from the agglomerate particle size measured in this way, and the value of 50% cumulative frequency is defined as the average particle size Dupa of agglomerate 50% (nm), and the value of 99% cumulative frequency is defined as the maximum agglomerated particle size Dupa99. % (nm).

【0028】本発明の水性顔料インキは、これらの特性
を備えた本発明の水性インキ用カーボンブラックを水中
に所定の濃度に分散させたものである。すなわち、上記
のCTAB比表面積、比着色力(Tint)およびDBP吸収
量を備えたカーボンブラックA、Bを所定の重量比で混
合し、混合カーボンブラックを過硫酸塩、過硼酸塩、過
炭酸塩などのアルカリ金属塩やアンモニウム塩などの酸
化剤水溶液中に添加し、攪拌しながら酸化剤水溶液の濃
度、カーボンブラックの添加量、反応温度、反応時間な
どを適宜に制御して酸化処理して、全炭素原子と全酸素
原子との原子比(酸素結合エネルギーの強度/炭素結合
エネルギーの強度)を0.1以上に、また水素含有表面
官能基量を3.0μeq/m2 以上となるように化学修飾す
る。
The water-based pigment ink of the present invention is obtained by dispersing the carbon black for a water-based ink of the present invention having the above characteristics at a predetermined concentration in water. That is, carbon blacks A and B having the above-mentioned CTAB specific surface area, specific coloring power (Tint) and DBP absorption amount are mixed at a predetermined weight ratio, and the mixed carbon black is mixed with persulfate, perborate, percarbonate. It is added to an aqueous solution of an oxidizing agent such as an alkali metal salt or an ammonium salt, and oxidized by appropriately controlling the concentration of the aqueous solution of the oxidizing agent, the amount of carbon black added, the reaction temperature, and the reaction time while stirring. The atomic ratio of total carbon atoms to total oxygen atoms (oxygen bond energy intensity / carbon bond energy intensity) should be 0.1 or more, and the amount of hydrogen-containing surface functional groups should be 3.0 μeq / m 2 or more. Chemical modification.

【0029】酸化処理したのち、速やかに濾別してカー
ボンブラックを分離し、次いで分離したカーボンブラッ
クを水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、アンモニアや
アルカノールアミンなどのアルカリ水溶液に分散させ、
pHを調節して安定分散させる。すなわち、酸化処理に
よりカーボンブラック粒子表面が化学修飾され、カーボ
ンブラック粒子表面に形成された親水性官能基の末端水
素の全てあるいはその一部をアルカリ金属、アミノ基な
どに置換することにより、水分散性の向上が図られる。
After the oxidation treatment, the carbon black is immediately separated by filtration to separate carbon black, and then the separated carbon black is dispersed in an aqueous alkali solution such as sodium hydroxide, potassium hydroxide, ammonia or alkanolamine.
Adjust the pH for stable dispersion. That is, the carbon black particle surface is chemically modified by the oxidation treatment, and all or a part of the terminal hydrogen of the hydrophilic functional group formed on the carbon black particle surface is replaced with an alkali metal, an amino group, etc., thereby dispersing in water. The performance is improved.

【0030】次いで、生成した残塩を分離除去して精製
することにより本発明の水性顔料インキが得られる。残
塩の除去は、水分散液のpHを6〜11に調節し、電気
透析あるいは分離膜(逆浸透膜、限外濾過膜、ルーズ
R.Oなど)により残塩を分離精製する。この場合、カー
ボンブラック分散液中の残塩濃度は、例えばカーボンブ
ラック含有濃度を20wt%として導電度が5mS/cm 未満
となるように分離精製することが好ましい。なお、水性
インキの分散安定性を維持するためにはカーボンブラッ
クの分散濃度を60wt%以下に調整することが望まし
い。
Next, the water-based pigment ink of the present invention is obtained by separating and removing the generated residual salt for purification. For removal of residual salts, the pH of the aqueous dispersion is adjusted to 6 to 11, and electrodialysis or separation membrane (reverse osmosis membrane, ultrafiltration membrane, loose
RO, etc.) to separate and purify the remaining salts. In this case, it is preferable to separate and purify the residual salt concentration in the carbon black dispersion so that the conductivity is less than 5 mS / cm 2 with the carbon black content being 20 wt%, for example. In order to maintain the dispersion stability of the aqueous ink, it is desirable to adjust the dispersion concentration of the carbon black to 60% by weight or less.

【0031】本発明の水性顔料インキは、カーボンブラ
ックの分散濃度が20wt%の水分散液における沈殿残渣
率が14wt%未満であり、顔料であるカーボンブラック
の分散性能が極めて優れているものである。沈殿残渣率
は、カーボンブラックの水分散体に外力を作用させた際
に、外力によりカーボンブラックが沈降して行き沈殿す
る状況を示すもので、水性顔料インキ中のカーボンブラ
ック顔料の分散安定性を示す尺度として定義したもので
ある。
The aqueous pigment ink of the present invention has a precipitation residue ratio of less than 14% by weight in an aqueous dispersion having a carbon black dispersion concentration of 20% by weight, and has excellent dispersibility of carbon black as a pigment. . The sedimentation residue ratio indicates the situation where when an external force is applied to the aqueous dispersion of carbon black, the carbon black sediments and precipitates due to the external force, and indicates the dispersion stability of the carbon black pigment in the aqueous pigment ink. It is defined as the scale shown.

【0032】すなわち、沈殿残渣率はカーボンブラック
の水分散液(カーボンブラック濃度20wt%)を9.8
×20000m/s2の重力加速度で30分間遠心分離処理
を行った後の沈殿残渣量(M1 )と、遠心分離処理前の
水分散液中のカーボンブラックの重量(M0 )との重量
比(M1 /M0 )として測定した値である。この沈殿残
渣率が14wt%以上となると、長期保存時にインキヘッ
ドの詰まりを生じることになる。
That is, the precipitation residue ratio was 9.8 for an aqueous dispersion of carbon black (carbon black concentration: 20 wt%).
× a 20000 m / s 2 acceleration of gravity for 30 minutes centrifugation the precipitate residual amount after performing (M1), the weight ratio of the weight of the carbon black in the aqueous dispersion before centrifugation (M0) (M1 / M0). If the precipitation residue ratio is 14% by weight or more, clogging of the ink head will occur during long-term storage.

【0033】また、本発明の水性顔料インキは、上記特
性のカーボンブラックを顔料として水中に分散させるこ
とにより、印字濃度の黒色度が高く、カーボンブラック
の分散濃度が4wt%の分散液を#6バーコーターにより普
通紙(XEROX 4024)にドローダウンした場合の黒色度を
1.20以上とすることができる。
The water-based pigment ink of the present invention is prepared by dispersing carbon black having the above characteristics as a pigment in water to obtain a black color having a high print density and a dispersion of 4 wt% carbon black. The blackness when drawn down on plain paper (XEROX 4024) by a bar coater can be 1.20 or more.

【0034】[0034]

【実施例】以下、本発明の実施例を比較例と対比して具
体的に説明する。
EXAMPLES Examples of the present invention will be specifically described below in comparison with comparative examples.

【0035】カーボンブラック試料;特性の異なるカー
ボンブラックとして表1に示す4種類のカーボンブラッ
ク試料、、、を用いた。すなわち、CTAB比
表面積が140m2/g以上、比着色力(Tint)が120%以
上であって、DBP吸収量が100cm3/100g以上のカー
ボンブラックAとして試料および、DBP吸収量が
100cm3/100g未満のカーボンブラックBとして試料
およびを用いた。
Carbon black samples: Four types of carbon black samples shown in Table 1 were used as carbon blacks having different characteristics. That, CTAB specific surface area of 140 m 2 / g or more, there is a specific tinting strength (Tint) of 120% or more, the sample and a DBP absorption 100 cm 3/100 g or more carbon blacks A, DBP absorption 100 cm 3 / Samples and were used as carbon black B of less than 100 g.

【0036】[0036]

【表1】 [Table 1]

【0037】実施例1、比較例5 表1に示すカーボンブラック試料、を用いて、両者
を異なる割合で混合して、カーボンブラック試料を調製
した。このカーボンブラック試料80g を濃度1.17
5 mol/dm3の過硫酸ナトリウム水溶液3000cm3 に添
加し、反応温度60℃、反応時間10時間、攪拌速度5
(1/s) の条件で酸化処理した。次いで、濾別した酸化カ
ーボンブラックを純水中に分散させて、水酸化ナトリウ
ム水溶液で中和し、限外濾過膜(旭化成、AHP-1010、分
画分子量 50000)により精製処理して残存する塩を分離
して、カーボンブラック水分散液を作製した。なお、精
製後の分散液の導電度は0.6mS/cm (カーボンブラッ
ク含有濃度22wt%)であった。
Example 1, Comparative Example 5 Using carbon black samples shown in Table 1, the two were mixed at different ratios to prepare carbon black samples. 80 g of this carbon black sample was applied at a concentration of 1.17.
5 mol / dm 3 aqueous sodium persulfate solution was added to 3000 cm 3 , the reaction temperature was 60 ° C., the reaction time was 10 hours, and the stirring speed was 5
The oxidation treatment was performed under the condition of (1 / s). Next, the filtered oxidized carbon black is dispersed in pure water, neutralized with an aqueous solution of sodium hydroxide, and purified by an ultrafiltration membrane (Asahi Kasei, AHP-1010, molecular weight cut-off 50,000), and the remaining salt is removed. Was separated to produce an aqueous dispersion of carbon black. The conductivity of the purified dispersion was 0.6 mS / cm (carbon black content: 22 wt%).

【0038】実施例2、比較例6 表1に示すカーボンブラック試料、を用いて、両者
を異なる割合で混合してカーボンブラック試料を調製
し、このカーボンブラック試料を用いた他は、全て実施
例1と同じ方法によりカーボンブラック水分散液を作製
した。
Example 2 and Comparative Example 6 Carbon black samples shown in Table 1 were mixed at different ratios to prepare carbon black samples. A carbon black aqueous dispersion was prepared in the same manner as in Example 1.

【0039】比較例1〜4 表1に示すカーボンブラック試料〜をそれぞれ単独
で用いた他は、全て実施例1と同一の方法によりカーボ
ンブラック水分散液を作製した。
Comparative Examples 1 to 4 Carbon black aqueous dispersions were prepared in the same manner as in Example 1 except that each of the carbon black samples shown in Table 1 was used alone.

【0040】これらのカーボンブラック水分散液を濃縮
して、カーボンブラック含有濃度が20wt%の水性イン
キのサンプルを調整した。このようにして作製したサン
プルについて、下記の方法により水分散性能およびイン
キ性能などを評価した。得られた結果を表2〜表4に示
した。
These aqueous dispersions of carbon black were concentrated to prepare aqueous ink samples having a carbon black content of 20% by weight. The samples thus prepared were evaluated for water dispersion performance, ink performance, and the like by the following methods. Tables 2 to 4 show the obtained results.

【0041】分散安定性;サンプルを密閉容器に詰
め、70℃の保温器中にて3日間から4週間の粘度変化
を測定した。なお粘度は回転振動式粘度計〔山一電機
(株)製、VM-100A-L 〕により測定した。
Dispersion stability: The sample was packed in a closed container, and the viscosity change was measured in a 70 ° C. incubator for 3 days to 4 weeks. The viscosity was measured with a rotational vibration type viscometer (VM-100A-L, manufactured by Yamaichi Electric Co., Ltd.).

【0042】粒子径測定;サンプルおよび分散安定性
の試験を行った後、カーボンブラックのアグリゲートの
粒子径をヘテロダインレーザドップラー方式粒度分布測
定装置〔マイクロトラック社製、UPA model 9340〕を用
いて測定した。この測定装置は懸濁液中においてブラウ
ン運動している粒子にレ−ザ光を当てると、ドップラー
効果により散乱光の周波数が変調する。その周波数の変
調度合いからブラウン運動の激しさ、すなわち粒子径を
測定するものである。
Particle size measurement: After conducting a sample and dispersion stability test, the particle size of the carbon black aggregate was measured using a heterodyne laser Doppler type particle size distribution analyzer (UPA model 9340, manufactured by Microtrac). did. In this measuring apparatus, when laser light is applied to particles that are performing Brownian motion in a suspension, the frequency of scattered light is modulated by the Doppler effect. The intensity of Brownian motion, that is, the particle diameter is measured from the degree of frequency modulation.

【0043】印字濃度;サンプルのカーボンブラック
含有濃度を4wt%に希釈し、XEROX 4024用紙に#6バーコ
ータにより印字して、マクベス濃度計〔コルモーゲン社
製 RD-927 〕を用いて光学濃度を測定した。
Print density: The carbon black content of the sample was diluted to 4 wt%, printed on XEROX 4024 paper with a # 6 bar coater, and the optical density was measured using a Macbeth densitometer (RD-927, manufactured by Colmorgen). .

【0044】濾過性;サンプル200g を90φのN
O.2濾紙および膜孔3μm 、0.8μm 、0.65μm
、0.45μm のフィルターを用いて、2.66 KPa
の減圧下で濾過試験を行い、濾過通過重量(g) を測定し
た。
Filterability: 200 g of a sample was treated with 90φ N
0.2 filter paper and membrane pores 3 μm, 0.8 μm, 0.65 μm
2.66 KPa using a 0.45 μm filter.
A filtration test was performed under reduced pressure, and the weight (g) passed through the filtration was measured.

【0045】沈殿残渣率;水性インキを20000G
の重力加速度で30分間遠心分離処理を行った後の沈殿
残渣量(M1 )と、遠心分離処理前のカーボンブラック
の重量(M0 )との重量比(M1 /M0 )を沈殿残渣率
とした。この値が低いほど分散安定性は良好である。
Precipitation residue rate: 20,000 G of aqueous ink
The weight ratio (M1 / M0) of the amount (M1) of the sediment residue after centrifugation treatment for 30 minutes at the gravitational acceleration to the weight (M0) of the carbon black before the centrifugation treatment was defined as the rate of sediment residue. The lower the value, the better the dispersion stability.

【0046】[0046]

【表2】 [Table 2]

【0047】[0047]

【表3】 [Table 3]

【0048】[0048]

【表4】 [Table 4]

【0049】表2〜表4から、CTAB比表面積が14
0m2/g以上、比着色力(Tint)が120%以上であって、
DBP吸収量が100cm3/100g以上のカーボンブラック
Aと100cm3/100g未満のカーボンブラックBとを、
A:Bが70:30〜10:90の重量比で混合したカ
ーボンブラックを酸化処理して全炭素原子と全酸素原子
との原子比を0.1以上、水素含有表面官能基量が3.
0μeq/m2 以上に化学修飾したカーボンブラックを水中
に分散させて作製した実施例1(Run No.1 〜4)および実
施例2(Run No.7 〜10) の水分散液は、カーボンブラッ
クAとBとの混合重量比が、この範囲を外れる比較例5
(Run No.5 〜6)、比較例6(Run No.11〜12) の水分散液
に比べて、濾過性が良好で沈殿残渣率が14wt%未満と
小さいにも係わらず印字濃度(OD値)が1.20以上
と高く、優れた分散性と印字濃度の黒色度が両立されて
いることが認められる。一方、比較例5、6の水分散液
は印字濃度(OD値)が高ければ沈殿残渣率が高く、沈
殿残渣率が低ければ印字濃度(OD値)も低くなり、分
散性と印字濃度(黒色度)を両立させることが困難であ
ることが判る。
From Tables 2 to 4, the CTAB specific surface area was 14%.
0 m 2 / g or more, specific coloring power (Tint) is 120% or more,
DBP absorption of carbon black B of less than 100 cm 3/100 g or more of the carbon black A and 100 cm 3/100 g,
The carbon black mixed with A: B in a weight ratio of 70:30 to 10:90 is subjected to oxidation treatment so that the atomic ratio of all carbon atoms to all oxygen atoms is 0.1 or more, and the amount of hydrogen-containing surface functional groups is 3.
The aqueous dispersions of Examples 1 (Run Nos. 1 to 4) and 2 (Runs Nos. 7 to 10) prepared by dispersing carbon black chemically modified to 0 μeq / m 2 or more in water are carbon black. Comparative Example 5 in which the mixing weight ratio of A and B is out of this range
Compared to the aqueous dispersions of Run Nos. 5 to 6 and Comparative Example 6 (Run Nos. 11 to 12), the print density (OD) was good despite the fact that the filterability was good and the precipitation residue ratio was as small as less than 14 wt%. Value) is as high as 1.20 or more, and it is recognized that both excellent dispersibility and blackness of print density are compatible. On the other hand, in the aqueous dispersions of Comparative Examples 5 and 6, the higher the print density (OD value), the higher the sedimentation residue rate, and the lower the sedimentation residue rate, the lower the print density (OD value). It can be seen that it is difficult to achieve both degrees).

【0050】また、単一のカーボンブラック試料を用い
て作製した比較例1〜4(Run No.13〜16) の水分散液
は、比較例1、3は沈殿残渣率が17wt%以上と高く分
散性に劣り、比較例2、4では印字濃度の黒色度が低
く、ともに分散性と黒色度を両立できていないことが認
められる。
The aqueous dispersions of Comparative Examples 1 to 4 (Run Nos. 13 to 16) prepared using a single carbon black sample showed that Comparative Examples 1 and 3 had a high precipitation residue ratio of 17 wt% or more. It is inferior in dispersibility, and in Comparative Examples 2 and 4, the blackness of the print density was low, and it was recognized that both the dispersibility and the blackness were not compatible.

【0051】[0051]

【発明の効果】以上のとおり、本発明の水性インキ用カ
ーボンブラックによれば、特定の比表面積および比着色
力を有し、ストラクチャーレベルの異なる2種類のカー
ボンブラックを併用して顔料として用いることにより、
このカーボンブラックを顔料として作製した水性顔料イ
ンキは、水分散性能に優れるとともに印字濃度の黒色度
が高く、優れたインキ性能を備えた水性顔料インキを提
供することができる。
As described above, according to the carbon black for water-based ink of the present invention, two types of carbon blacks having a specific specific surface area and specific coloring power and having different structure levels are used in combination as a pigment. By
The water-based pigment ink produced using carbon black as a pigment has excellent water-dispersion performance, high blackness in print density, and can provide a water-based pigment ink having excellent ink performance.

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 CTAB比表面積が140m2/g以上、比
着色力(Tint)が120%以上であって、DBP吸収量が
100cm3/100g以上のカーボンブラックAとDBP吸収
量が100cm3/100g未満のカーボンブラックBとを、
A:Bが70:30〜10:90の重量比で混合したカ
ーボンブラックを酸化処理して、X線光電子分光法によ
り測定した全炭素原子と全酸素原子との原子比(酸素結
合エネルギーの強度/炭素結合エネルギーの強度)を
0.1以上に、水素含有表面官能基量が3.0μeq/m2
以上に、化学修飾されたことを特徴とする水性インキ用
カーボンブラック。
1. A CTAB specific surface area of 140 m 2 / g or more, there is a specific tinting strength (Tint) of 120% or more, DBP absorption 100 cm 3/100 g or more of the carbon black A and the DBP absorption 100 cm 3 / Less than 100 g of carbon black B,
The carbon black mixed with A: B in a weight ratio of 70:30 to 10:90 is oxidized, and the atomic ratio of total carbon atoms to total oxygen atoms (oxygen bond energy intensity) measured by X-ray photoelectron spectroscopy / Intensity of carbon bond energy) is 0.1 or more, and the amount of hydrogen-containing surface functional groups is 3.0 μeq / m 2.
A carbon black for water-based ink, characterized by being chemically modified as described above.
【請求項2】 水中に分散した状態におけるカーボンブ
ラックのアグロメレートの平均粒径Dupa50%が50〜1
10nm、アグロメレートの最大粒径Dupa99%が250nm
以下の粒子凝集性状を示す、請求項1記載の水性インキ
用カーボンブラック。
2. An agglomerate of carbon black having an average particle diameter Dupa50% of 50 to 1 when dispersed in water.
10nm, maximum particle size of agglomerate Dupa99% is 250nm
The carbon black for an aqueous ink according to claim 1, which exhibits the following particle aggregation properties.
【請求項3】 CTAB比表面積が140m2/g以上、比
着色力(Tint)が120%以上で、DBP吸収量が100
cm3/100g以上のカーボンブラックAとDBP吸収量が1
00cm3/100g未満のカーボンブラックBとを、A:Bが
70:30〜10:90の重量比で混合したカーボンブ
ラックを水中に分散した状態で酸化処理し、X線光電子
分光法により測定した全炭素原子と全酸素原子との原子
比(酸素結合エネルギーの強度/炭素結合エネルギーの
強度)を0.1以上に、水素含有表面官能基量を3.0
μeq/m2 以上に化学修飾し、濾別後、アルカリ水溶液に
分散し、次いで分散液中に残存する塩を分離精製してな
ることを特徴とする水性顔料インキ。
3. A CTAB specific surface area of 140 m 2 / g or more, a specific coloring power (Tint) of 120% or more, and a DBP absorption of 100%.
cm 3 / 100g or more of carbon black A and the DBP absorption amount is 1
And 00cm 3 / 100g less of the carbon black B, A: B is 70: 30-10: 90 Carbon black were mixed in a weight ratio of oxidized with dispersed state in water was measured by X-ray photoelectron spectroscopy The atomic ratio of total carbon atoms to total oxygen atoms (oxygen binding energy intensity / carbon binding energy intensity) is at least 0.1, and the amount of hydrogen-containing surface functional groups is 3.0.
An aqueous pigment ink characterized by being chemically modified to at least μeq / m 2 , separated by filtration, dispersed in an aqueous alkaline solution, and then separated and purified from salts remaining in the dispersion.
【請求項4】 カーボンブラックの分散濃度が20wt%
の水分散液における沈殿残渣率が14wt%未満である、
請求項3記載の水性顔料インキ。
4. The dispersion concentration of carbon black is 20% by weight.
Has a precipitation residue ratio of less than 14% by weight in an aqueous dispersion of
The aqueous pigment ink according to claim 3.
【請求項5】 カーボンブラックの分散濃度が4wt%の
水分散液を#6バーコーターにより普通紙(XEROX 4024)
にドローダウンした場合の黒色度が1.20以上であ
る、請求項3または請求項4記載の水性顔料インキ。
5. An aqueous dispersion having a carbon black dispersion concentration of 4% by weight using plain paper (XEROX 4024) with a # 6 bar coater.
The aqueous pigment ink according to claim 3 or 4, wherein the blackness when drawn down is 1.20 or more.
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