JP2005501159A - 安定化した有機顔料粒子を製造する方法、およびそのための装置 - Google Patents
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Abstract
本発明の方法によって安定化した自己分散性有機顔料粒子の製造方法。本発明の方法は、有機顔料粒子を改質する工程と、続いて、表面改質した粒子をキャリアガス中に混入させた水性蒸気と接触させて安定化した有機顔料粒子を製造する工程とを含む。通常、顔料粒子を、顔料粒子表面をオゾンまたはプラズマ活性化プロセスガスに曝露することで改質する。本発明の表面安定化方法は、表面改質した顔料粒子を周囲空気に曝露する場合に発生する激しい発熱反応を防止する。本発明の方法を、反応器と、キャリアガス中に混入させた水性蒸気を反応器に導入するための手段と、顔料粒子の表面改質中に解凝集するために反応器内に配置された撹拌集成体とを備える装置で実施する。本発明の安定化した粒子は、インクジェットインク、顔料を添加した水性または溶剤系コーティング組成物、および顔料を添加した粉末コーティング組成物における使用にも好適である。
Description
【技術分野】
【0001】
本発明は、通常はプラズマ活性化プロセスガスに曝露することによってあらかじめ表面改質した有機顔料粒子を安定化する方法に関する。
【背景技術】
【0002】
有機顔料粒子は疎水性であるため、コーティング組成物や、インクジェットインクなどのインクなどの組成物中に分散させることは困難である。顔料粒子表面を改質することによって、水性または溶剤系組成物中への自己分散性を増加させることが可能なことが知られている。顔料表面改質に使用される方法の1つは、顔料を組成物中に十分分散させるための、酸またはグリコール含有ポリマーなどのイオン性または非イオン性界面活性剤のいずれかの表面改質剤を加えることである。顔料表面改質に使用されるもう1つの方法は、顔料粒子をオゾンまたはプラズマ活性化プロセスガスに曝露することである。プラズマ活性化表面改質に関する問題の1つは、顔料粒子の表面上に非常に発熱性の部位が形成されることであり、これらは周囲空気に曝露すると急激に反応する傾向にある。その結果、これらの発熱性の高い表面改質顔料粒子の取り扱いが危険になる。さらに、これらの発熱性の高い顔料の自己分散性は、顔料に発熱が起こった後では低下する傾向にある。
【0003】
【特許文献1】
米国特許第6,156,114号明細書
【特許文献2】
米国特許第4,478,643号明細書
【特許文献3】
米国特許第5,340,618号明細書
【特許文献4】
米国特許第5,620,743号明細書
【特許文献5】
米国特許第4,158,572号明細書
【特許文献6】
米国特許第4,257,951号明細書
【特許文献7】
米国特許第5,175,282号明細書
【特許文献8】
英国特許第1,502,884号明細書
【特許文献9】
米国特許第3,157,659号明細書
【特許文献10】
米国特許第3,256,285号明細書
【特許文献11】
米国特許第3,257,405号明細書
【特許文献12】
米国特許第3,317,539号明細書
【特許文献13】
米国特許第5,596,027号明細書
【非特許文献1】
W.ヘルブストおよびK.ハンガー、工業用有機顔料(ニューヨーク:VCHパブリッシャーズ、1993年)(W.Herbst and K.Hunger,Industrial Organic Pigments(New York:VCH Publishers,Inc.,1993))、9ページおよび467〜475ページ
【非特許文献2】
H.ゾリンガー、色彩化学(VCHベルラグスゲッセルシャフト、1991年)(H.Zollinger,Color Chemistry (VCH Verlagsgessellschaft,1991))、227〜228ページおよび297〜298ページ
【非特許文献3】
合成染料および顔料の化学、H.A.ラブズ編著(The Chemistry of Synthetic Dyes and Pigments,ed.H.A.Lubs)中のM.A.パーキンス、「ピリジン類およびピリドン類」(M.A.Perkins,”Pyridines and Pyridones”)(フロリダ州マラバー(Malabar,Florida):ロバートE.クリンガー・パブリッシング・カンパニー、1955年(Robert E.Krieger Publishing Company,1955))、481〜482ページ
【非特許文献4】
W.ヘルブストおよびK.ハンガー、工業用有機顔料(ニューヨーク:VCHパブリッシャーズ、1993年)(W.Herbst and K.Hunger,Industrial Organic Pigments(New York:VCH Publishers,Inc.,1993))、418〜427ページ
【非特許文献5】
H.ゾリンガー、色彩化学(VCHベルラグスゲッセルシャフト、1991年)(H.Zollinger,Color Chemistry (VCH Verlagsgessellschaft,1991))、101〜104ページ
【非特許文献6】
合成染料および顔料の化学、H.A.ラブズ編著(The Chemistry of Synthetic Dyes and Pigments,ed.H.A.Lubs)中のN.M.ビゲローおよびM.A.パーキンス、「フタロシアニン顔料」(N.M.Bigelow and M.A.Perkins,”Phthalocyanine Pigments”)(フロリダ州マラバー(Malabar,Florida):ロバートE.クリンガー・パブリッシング・カンパニー、1955年(Robert E.Krieger Publishing Company,1955))、584〜587ページ
【非特許文献7】
W.ヘルブストおよびK.ハンガー、工業用有機顔料(ニューヨーク:VCHパブリッシャーズ、1993年)(W.Herbst and K.Hunger,Industrial Organic Pigments(New York:VCH Publishers,Inc.,1993))、498〜500ページ
【非特許文献8】
H.ゾリンガー、色彩化学(VCHベルラグスゲッセルシャフト、1991年)(H.Zollinger,Color Chemistry (VCH Verlagsgessellschaft,1991))、219〜220ページ(237ページも参照)
【非特許文献9】
合成染料および顔料の化学、H.A.ラブズ編著(The Chemistry of Synthetic Dyes and Pigments,ed.H.A.Lubs)中のM.S.ウィーレン「アントラキノンアジン類」(M.S.Whelen,”Anthraquinoneazines”)(フロリダ州マラバー(Malabar,Florida):ロバートE.クリンガー・パブリッシング・カンパニー、1955年(Robert E.Krieger Publishing Company,1955))、512〜522ページ
【非特許文献10】
W.ヘルブストおよびK.ハンガー、工業用有機顔料(ニューヨーク:VCHパブリッシャーズ、1993年)(W.Herbst and K.Hunger,Industrial Organic Pigments(New York:VCH Publishers,Inc.,1993))、398〜415ページ
【非特許文献11】
ケミカル・レビュー(Chemical Review),67,1−18(1967)のS.S.ラバナおよびL.L.ラバナ、「キナクリドン類」(S.S.Labana and L.L.Labana,”Quinacridones”)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
本発明は、オゾンまたはプラズマ活性化ガスに曝露することによって表面改質した危険で取り扱いが困難な顔料粒子の問題を解決する。
【課題を解決するための手段】
【0005】
本発明は、安定化した有機顔料粒子を製造する方法であって、
有機顔料粒子の表面改質を行う工程と、
前記表面改質した粒子を、キャリアガス中に混入させた水性蒸気と接触させて、前記安定化した有機顔料粒子を製造する工程と
を含む方法に関する。
【0006】
本発明は、安定化した有機顔料粒子を製造する装置であって、
反応器と、
前記反応器に、キャリアガス中に混入させた水性蒸気を導入する手段と、
前記反応器に入れられた前記顔料粒子を解凝集するための撹拌集成体とを含む装置にも関する。
【発明を実施するための最良の形態】
【0007】
本発明の方法は、プラズマ活性化プロセスガスによってあらかじめ改質した有機顔料粒子の表面を安定化する。本発明の表面改質方法は一般に、本発明の方法で使用される溶剤または水性媒体に対して顔料粒子を分散性にする部位または官能基を顔料粒子表面に形成することを含む。したがって、水性顔料分散体の場合、これらの部位または官能基は通常、非イオン性、陰イオン性、および陽イオン性の基などの親水性官能基を含む。特に、カルボキシル基、ヒドロキシル基、スルホン酸基、またはリン酸基は、単独またはこれらの組み合わせのいずれかで使用されると好ましい場合がある。これらの中では、カルボキシル基単独、またはカルボキシル基と上記基の1つ以上との組み合わせがより好ましい。顔料粒子がカルボキシル基、スルホン酸基、またはリン酸基を有する場合、これらの基のそれぞれはそのままの酸性状態で使用してもよい。しかし、酸の形態の一部または全部が塩を形成すると分散性を向上させるために好都合となり望ましくなることがある。
【0008】
顔料表面の改質方法は、当技術分野で公知である。たとえば、同一出願人による米国特許公報(特許文献1)(本願特許出願人)はそのような方法を開示している。好適なプロセスガスの一部としては、酸素、窒素、水蒸気、過酸化水素、二酸化炭素、アンモニア、オゾン、一酸化炭素、トリメチルシラン、テトラエトキシシラン、ヘキサメチルジシロキサン、エチレンジアミン、無水マレイン酸、アリールアミン、アセチレン、メタン、エチレンオキシド、水素、スチレン、空気、二酸化硫黄、スルホニル前駆物質、ホスホニル前駆物質、アルコール類、またはそれらの混合物が挙げられる。
【0009】
上記プロセスガスは、プラズマ発生器、コロナ放電装置装置などの種々の公知の装置によって発生されるプラズマに曝露することによって活性化され、これらに関しては、米国特許公報(特許文献2)(日本ペイント(Nippon Paint))、米国特許公報(特許文献3)(きもと(Kimoto Co.,Ltd.))、および米国特許公報(特許文献4)(BASF)に記載されている。プラズマ活性化は、減圧下または大気圧で実施することができる。
【0010】
多くの場合、これらの方法は、プラズマ活性化プロセスガスに曝露する前に顔料粒子を解凝集することを含み、これによって顔料粒子の実質的に表面全体がプラズマ活性化プロセスガスに曝露される。たとえば、米国特許公報(特許文献1)(本願特許出願人)には、顔料粒子をプラズマ活性化法に使用する前に顔料粒子を解凝集するための超音波解凝集装置の使用が記載されている。
【0011】
一般に、有機顔料粒子は、プラズマ活性化プロセスガスまたはオゾンによる表面改質前または表面改質中に解凝集されることが多い。
【0012】
本発明の方法の好適な有機粒子の一部としては、カーボンブラック、ジケト−ピロロピロール赤色顔料、ペリレン栗色顔料、ポリブタジエン、ポリクロロプレン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリアクリロニトリル、ポリメタクリル酸、ポリ酢酸ビニル、ポリ塩化ビニル、セルロース、銅フタロシアニン、青色顔料15:2、ポリクロロ銅フタロシアニン、C.I.ピグメントグリーン7、キナクリドン赤色顔料、キナクリドンバイオレット、または銅フタロシアニンブルーが挙げられる。
【0013】
上記方法によって改質する粒子の表面は、非常に反応性が高い場合があり周囲空気に曝露すると激しい発熱反応が起こることがある。したがって、これらの非常に発熱性の高い粒子の取り扱いはきわめて危険である。本発明の方法は、これらの改質顔料粒子の表面上の反応性部位を安定化することによってこの安全性の問題を解消する。
【0014】
改質した顔料粒子の安定化に好適な装置を図1、2、3、および4に示す。装置の反応器集成体1は、支持ブロック3に対して実質的に水平に配置され支持ブロック3上に保持される固定チャンバー4を備える。チャンバー4は密閉されることが好ましい。チャンバー4は好ましくは円筒形であり、ガラスまたはステンレス鋼などの好適な材料から製造することができる。円筒形の反応器5は、チャンバー4の内部で同軸状にあり、前述の方法ですでに改質している顔料粒子6を保持する。反応器5は、ガラスやステンレス鋼などの好適な不活性材料から製造される。好ましくはチャンバー4は、密閉可能なフランジ8に沿って分割され、これによってチャンバー4内部の反応器5の位置調整が可能となり、内部への到達および組立が容易になる。
【0015】
キャリアガス中に混入させた水性蒸気を反応器5中に導入する手段は、反応器5の軸に実質的に沿って配置される管状ランス20を含むことが好ましく、この管状ランス20はキャリアガスに混入させた水性蒸気を開口部15から反応器5に導入し、この開口部15は反応器5内の水性蒸気の滞留時間を増加させるためにチャンバー4の排気端部からは離れていることが好ましい。好適なキャリアガスとしては、アルゴン、窒素、ヘリウム、ネオン、二酸化炭素、空気、またはそれらの混合物が挙げられる。キャリアガス供給源22から供給されるキャリアガスは、圧力調整器24を通過して、水性媒体を含む蒸発器26に運ばれる。バブラー管25は水性蒸気を運び、これは調整弁28を通って調整され、ランス20の開口部15を介して反応器5に運ばれる。好適な水性媒体としては、水、好ましくは脱イオン水が挙げられ、あるいは希望するならアルコールなどの好適な混和性溶媒に溶解させた水も挙げられる。
【0016】
温度計30および圧力計32は、チャンバー4から排出される水性蒸気含有キャリアガスを監視する。次に、キャリアガスは排出することもできるし、あるいは好ましくは乾燥キャニスター34に通してからチャンバー4に入るキャリアガスラインに戻して再利用することもできる。
【0017】
反応器5中の改質粒子の表面を均一に露出させるために、撹拌集成体2が使用される。集成体2は、反応器5の内部に回転自在に取り付けられたフランジ10を備える。モーター集成体12はフランジ10を駆動する。複数の羽根支持体14がフランジ10に固定されている。3つの放射状で等距離にある羽根支持体14が好ましい。各羽根支持体14には羽根16が取り付けられ、この羽根16は一般に、反応器5の長さ全体に実質的にわたって反応器5の内壁付近を移動する。フランジ10、羽根支持体14、および羽根16は一般に、アルミニウムまたはステンレス鋼などの好適な不活性で剛性の材料から製造される。羽根16の長さに実質的に沿って延在する可撓性コイル18は、羽根16のいずれかの末端に取り付けられることが好ましい。モーター集成体12がフランジ10を回転させるときに、コイル18は反応器5の内壁と物理的に接触した状態を維持する。その結果、反応器5の内壁に付着する顔料粒子は、反応器5の内側でコイル18が回転するときにコイル18によってかき落とされる。コイル18の形状のもう1つの利点は、反応器5の内部で回転するときに、凝集した顔料粒子の解凝集も同時に促進することである。一般にコイル18は、ステンレス鋼などの好適な不活性かつ可撓性の材料から製造される。コイル18を使用することのさらに別の利点は、反応器5の内面上に改質していない顔料が集まる場所が形成されるのを防止することであり、反応器5が実質的に円筒形でなければそのような場所が存在しうる。コイル18は、反応器5の均一な内面を擦りながら膨張または接触することができる。
【0018】
運転の際は、反応器5に改質した顔料粒子が装填され、空気との接触を防止するために十分に密閉される。フランジ10の回転は、底部から粒子がこすり取られ、水性蒸気との接触が最大限となるよう粒子が解凝集されるのに十分となるように調整される。一般に、使用されるフランジ10のRPMは、安定化する顔料の種類、反応器5に装填される顔料の量などの要因に依存する。フランジ10の回転は、一般には約1RPM〜500RPMの範囲に調整され、好ましくは5〜300RPMの範囲、より好ましくは10〜240RPMの範囲に調整される。安定化する有機顔料の種類に依存するが、反応器5に装填される顔料の量、そしてその最終用途に依存するが、反応器5に運ばれる水性蒸気の量、および反応器中の顔料の滞留時間は、適宜調整される。一般に、キャリアガスに混入させる水性蒸気の重量は、顔料の表面積1m2当たり約10μg〜500μgの範囲であり、好ましくは約50μg〜500μgの範囲であり、より好ましくは約100μg〜500μgの範囲である。
【0019】
オゾンを反応器5に供給する手段を備える反応器5を提供することによって、反応器5を、上述の安定化工程の前に顔料粒子表面を改質するために使用することもできる。周囲圧または高圧法は誘電障壁放電を使用し、供給ガスとして空気を利用して酸素プラズマ(原子)を発生させる。原子酸素は分子酸素と結合して安定なオゾンを生成し、これが酸化剤となる。
【0020】
顔料粒子の改質に使用される別の構成要素が図2に示されている。このように、酸素供給源36は窒素供給源38と接続されるので使用者は所望の比率の窒素/酸素混合物を発生することができ、この混合物は次に従来のモレキュラーシーブフィルター40を通って、従来のオゾン発生器42に送られ、オゾン発生器はニュージャージー州ウエストコールドウェル(West Caldwell,New Jersey)のPCI−ウェドコ(PCI−Wedco)が供給するモデル番号GL−1などが本発明での使用に好適である。オゾン発生器42によって発生したオゾン/窒素混合物は、調整弁44を通過してから、反応器5に送られる。
【0021】
運転の際、反応器5に、まだ改質していない顔料粒子が装填され、空気との接触を防止するために十分に密閉される。フランジ10は、顔料粒子を解凝集するために十分な速度で回転させる。一般に、RPMは前述の場合とほぼ同じ速度に調整される。調整弁28が閉じられ、弁44が開放され、それぞれ酸素供給源36および窒素供給源38によって供給される酸素と窒素の所望の気体混合物がオゾン発生器42に送られ、このときオゾン発生のスイッチはまだ入っていない。一般に、全体の気体に対する酸素の重量比は約0.8〜1の範囲であり、好ましくは約0.9〜約1の範囲であり、より好ましくは約0.95〜約0.995の範囲である。反応器5は好ましくは周囲圧力で動作する。しかし、希望するのであれば、反応器5は、約6.9〜689.5kPa(1〜100psi)の範囲、好ましくは約34.5〜344.7kPa(5〜50psi)の範囲、より好ましくは69.0〜206.8kPa(10〜30psi)の範囲のゲージ圧で運転することができる。
【0022】
単位リットル/分におけるガスの体積流量は一般に約0.1〜20の範囲で変動し、好ましくは約1〜10の範囲、より好ましくは約2〜6の範囲で変動する。システムが平衡状態になってから、オゾン発生器のスイッチを入れてオゾンを発生させ、次にこのオゾンを反応器5に送って顔料粒子の表面を改質させる。改質させる顔料粒子の種類、反応器5に装填される顔料粒子の量、酸素/窒素比、および顔料粒子をオゾンに曝露する時間に依存して、所望の酸素炭素比およびpHが実現されるように反応器条件が調整される。
【0023】
たとえば、インクジェットインクへの使用に好適なカーボンブラック顔料を改質させる場合、反応器条件は、改質させる顔料の表面上の炭素に対する酸素の比率が約0.05〜1の範囲、好ましくは0.06〜0.8の範囲、より好ましくは0.1〜0.6の範囲となるように調整される。またカーボンブラック顔料用の反応器条件は、改質した顔料粒子の表面のpHが約0.1〜約8の範囲、好ましくは約0.1〜約4の範囲、より好ましくは約0.1〜約1の範囲となるように通常調整される。
【0024】
表面改質の工程が完了すると、弁44が閉じられ、弁28が開放されて、前述のように水性蒸気が反応器5に送られて、改質した顔料粒子の安定化が完了する。
【0025】
希望するなら、支持ブロック3中に従来の熱交換器を組み込むことによって、反応器5を加熱または冷却してもよい。
【0026】
本発明の方法によりコンディショニングすることができる好適な有機顔料としては、ペリレン顔料、フタロシアニン顔料、インダントロン顔料、イソインドリン顔料、およびキナクリドン顔料、ならびにその他の公知の有機顔料が挙げられる。このような顔料の固溶体などの混合物も好適である。
【0027】
ペリエン類(Peryiene)、特にペリレン−3,4,9,10−テトラカルボン酸のジイミドおよび二無水物は、特に好適な有機顔料である。好適なペリレン顔料は未置換であってもよいし、たとえば、アルキル、アルコキシ、塩素などのハロゲン、またはイミド窒素原子においてアルキルなどの化学的に妥当な基で置換された基などのペリレン顔料に一般的な他の置換基1つ以上で置換されてもよい。未精製ペリレン類は、当技術分野で公知の方法によって調製することができる。たとえば、(非特許文献1)、(非特許文献2)、および(非特許文献3)。
【0028】
フタロシアニン顔料、特に金属フタロシアニンも好適な有機顔料である。銅フタロシアニンが好ましいが、亜鉛、コバルト、鉄、ニッケル、および他の同様の金属を主成分とする他の金属含有フタロシアニン顔料を使用してもよい。金属非含有フタロシアニンも好適であるが、一般にはあまり好ましいわけではない。フタロシアニン顔料は、未置換であってもよいし、たとえば、アルキル、アルコキシ、塩素などのハロゲン、またはフタロシアニン顔料に一般的な他の置換基1つ以上で部分的に置換されてもよい。未精製フタロシアニンは、当技術分野で公知のあらゆる方法で調製することができるが、無水フタル酸、フタロニトリル、またはそれらの誘導体を、金属供与体、窒素供与体(尿素、またはフタロニトリル自体など)、および任意の触媒と、好ましくは有機溶媒中で反応させることによって調製されるのが好ましい。たとえば、(非特許文献4)、(非特許文献5)、および(非特許文献6)、また米国特許公報(特許文献5)、米国特許公報(特許文献6)、米国特許公報(特許文献7)、および(特許文献8)も参照されたい。
【0029】
好適な顔料としては、当技術分野で公知の方法で調製されたインダントロン顔料も挙げられる。たとえば、(非特許文献7)、(非特許文献8)、および(非特許文献9)。インダントロン顔料は、未置換であってもよいし、たとえば、アルキル、アルコキシ、塩素などのハロゲン、またはインダントロン顔料に一般的な他の置換基1つ以上で部分的に置換されてもよい。誘導体化されていないインダントロン(ピグメント・ブルー60(Pigment Blue 60)、または別名バット・ブルー4(Vat Blue 4))が特に好ましい。
【0030】
任意に対称または非対称に置換されてもよいイソインドリン顔料も好適な有機顔料であり、当技術分野で公知の方法によって調製することができる。たとえば、(非特許文献10)。特に好ましいイソインドリン顔料であるピグメント・イエロー139(Pigment Yellow 139)は、イミノイソインドリンおよびバルビツール酸前駆物質の対称付加体である。
【0031】
キナクリドン顔料も好適な有機顔料である。キナクリドン類(本明細書で使用する場合には、未置換キナクリドン、キナクリドン誘導体、およびそれらの固溶体を含む)は当技術分野で公知のあらゆる方法によって調製することができるが、ポリリン酸の存在下で種々の2,5−ジアニリノテレフタル酸前駆物質を熱的に閉環させることによって調製されることが好ましい。たとえば、(非特許文献11)、ならびに米国特許公報(特許文献9)、米国特許公報(特許文献10)、米国特許公報(特許文献11)、および米国特許公報(特許文献12)。好適なキナクリドン顔料は、未置換であってもよいし、(たとえば、アルキル、アルコキシ、塩素などのハロゲン、またはキナクリドン顔料に一般的な他の置換基1つ以上で)置換されてもよい。
【0032】
その他の好適な有機顔料としては、ジオキサジン類(すなわち、トリフェンジオキサジン類)、1,4−ジケトピロロピロール類、アントラピリミジン類、アンタントロン類、フラバントロン類、インダントロン類、ペリノン類、ピラントロン類、チオインジゴ類、4,4’−ジアミノ−1,1’−ジアントラキノニル、およびアゾ化合物、ならびにそれらの置換誘導体が挙げられる。
【0033】
親水性官能基の量は、親水性基の種類、および官能基が塩を形成する場合は塩の種類に依存するので、大規模な方法では規定されない。親水性基が−COO−M+基である場合は、親水性官能基の量は望ましくは0.4〜5mmol/gである。M+は、リチウム、ナトリウム、カリウム、セシウム、またはアミンなどの対イオンを表している。
【0034】
親水性官能基が導入される顔料としては、あらゆる無機顔料および有機顔料を使用してよい。
【0035】
黒色顔料としては、ファーネスブラック、ランプブラック、アセチレンブラック、およびチャネルブラックなどのカーボンブラック顔料が好ましい。黒色顔料として使用することができる化合物の例としては、レイブン7000(Raven 7000)、レイブン5750(Raven 5750)、レイブン5250(Raven 5250)、レイブン5000ウルトラ(Raven 5000 ULTRA)、レイブン3500(Raven 3500)、レイブン2500ウルトラ(Raven 2500 ULTRA)、レイブン2000(Raven 2000)、レイブン1500(Raven 1500)、レイブン1255(Raven 1255)、レイブン1250(Raven 1250)、レイブン1200(Raven 1200)、レイブン1190ウルトラ(Raven 1190 ULTRA)、レイブン1170(Raven 1170)、レイブン1080ウルトラ(Raven 1080 ULTRA)、レイブン1060ウルトラ(Raven 1060 ULTRA)、レイブン790ウルトラ(Raven 790 ULTRA)、レイブン780ウルトラ(Raven 780 ULTRA)、およびレイブン760ウルトラ(Raven 760 ULTRA)(コロンビアン・ケミカルズ(Colombian Chemicals Co.)製造)、リーガル1400R(Regal 1400R)、リーガル1330R(Regal 1330R)、リーガル1660R(Regal 1660R)、ムガールL(Mogul L)、モナーク700(Monarch 700)、モナーク800(Monarch 800)、モナーク880(Monarch 880)、モナーク900(Monarch 900)、モナーク1000(Monarch 1000)、モナーク1100(Monarch 1100)、モナーク1300(Monarch 1300)、およびモナーク1400(Monarch 1400)(カボット(Cabot製造)、カラー・ブラックFW1(Color Black FW1)、カラー・ブラックFW2(Color Black FW2)、カラー・ブラックFW2V(Color Black FW2V)、カラー・ブラック18(Color Black 18)、カラー・ブラックFW200(Color Black FW200)、カラー・ブラックS150(Color Black S150)、カラー・ブラックS160(Color Black S160)、カラー・ブラックS170(Color Black S170)、プリンテックス35(Printex 35)、プリンテックスU(Printex U)、プリンテックスV(Printex V)、プリンテックス140U(Printex 140U)、プリンテックス140V(Printex 140V)、スペシャル・ブラック6(Special Black 6)、スペシャル・ブラック5(Special Black 5)、スペシャル・ブラック4A(Special Black 4A)、およびスペシャル・ブラック4(Special Black 4)(デガッサ・コーポレーション(Degussa Corp.)製造)、No.25、No.33、No.40、No.47、No.52、No.900、No.2300、MCF−88、MA 600、MA 7、MA 8、およびMA 100(三菱化学(Mitsubishi Chemical Corp.)製造)を挙げることができるが、これらに限定されるものではない。磁鉄鉱またはフェライトなどの磁性微粒子、チタンブラックなどを黒色顔料として使用してもよい。
【0036】
シアン色顔料の例としてはC.I.ピグメント・ブルー−1(C.I.Pigment Blue−1)、C.I.ピグメント・ブルー−2(C.I.Pigment Blue−2)、C.I.ピグメント・ブルー−3(C.I.Pigment Blue−3)、C.I.ピグメント・ブルー−15(C.I.Pigment Blue−15)、C.I.ピグメント・ブルー−15:1(C.I.Pigment Blue−15:1)、C.I.ピグメント・ブルー−15:3(C.I.Pigment Blue−15:3)、C.I.ピグメント・ブルー−15:34(C.I.Pigment Blue−15:34)、C.I.ピグメント・ブルー−16(C.I.Pigment Blue−16)、C.I.ピグメント・ブルー−22(C.I.Pigment Blue−22)、およびC.I.ピグメント・ブルー−60(C.I.Pigment Blue−60)を挙げることができるが、これらに限定されるものではない。
【0037】
マゼンタ色顔料の例としては、C.I.ピグメント・レッド5(C.I.Pigment Red 5)、C.I.ピグメント・レッド7(C.I.Pigment Red 7)、C.I.ピグメント・レッド12(C.I.Pigment Red 12)、C.I.ピグメント・レッド48(C.I.Pigment Red 48)、C.I.ピグメント・レッド48:1(C.I.Pigment Red 48 :1)、C.I.ピグメント・レッド57(C.I.Pigment Red 57)、C.I.ピグメント・レッド112(C.I.Pigment Red 112)、C.I.ピグメント・レッド122(C.I.Pigment Red 122)、C.I.ピグメント・レッド123(C.I.Pigment Red 123)、C.I.ピグメント・レッド146(C.I.Pigment Red 146)、C.I.ピグメント・レッド168(C.I.Pigment Red 168)、C.I.ピグメント・レッド184(C.I.Pigment Red 184)、およびC.I.ピグメント・レッド202(C.I.Pigment Red 202)を挙げることができるが、これらに限定されるものではない。
【0038】
黄色顔料の例としては、C.I.ピグメント・イエロー−1(C.I.Pigment Yellow−1)、C.I.ピグメント・イエロー−2(C.I.Pigment Yellow−2)、C.I.ピグメント・イエロー−3(C.I.Pigment Yellow−3)、C.I.ピグメント・イエロー−12(C.I.Pigment Yellow−12)、C.I.ピグメント・イエロー−13(C.I.Pigment Yellow−13)、C.I.ピグメント・イエロー−14(C.I.Pigment Yellow−14)、C.I.ピグメント・イエロー−16(C.I.Pigment Yellow−16)、C.I.ピグメント・イエロー−17(C.I.Pigment Yellow−17)、C.I.ピグメント・イエロー−73(C.I.Pigment Yellow−73)、C.I.ピグメント・イエロー−74(C.I.Pigment Yellow−74)、C.I.ピグメント・イエロー−75(C.I.Pigment Yellow−75)、C.I.ピグメント・イエロー−83(C.I.Pigment Yellow−83)、C.I.ピグメント・イエロー−93(C.I.Pigment Yellow−93)、C.I.ピグメント・イエロー−95(C.I.Pigment Yellow−95)、C.I.ピグメント・イエロー−97(C.I.Pigment Yellow−97)、C.I.ピグメント・イエロー−98(C.I.Pigment Yellow−98)、C.I.ピグメント・イエロー−114(C.I.Pigment Yellow−114)、C.I.ピグメント・イエロー−128(C.I.Pigment Yellow−128)、C.I.ピグメント・イエロー−129(C.I.Pigment Yellow−129)、C.I.ピグメント・イエロー−151(C.I.Pigment Yellow−151)、およびC.I.ピグメント・イエロー−154(C.I.Pigment Yellow−154)を挙げることができるが、これらに限定されるものではない。
【0039】
赤、緑、青、茶色、および白色を含む特殊な色の顔料、銀や金などのメタリックおよび光沢のある色を有する顔料、無色体質顔料、または黒色、ならびにシアン色、マゼンタ色、および黄色の三原色の顔料以外のプラスチック顔料を使用してよい。また本発明のために新しく合成された顔料を使用してもよい。
【0040】
好適な顔料の例としては、レッド49:1(Red 49:1)(バリウム塩)、レッド49:2(Red 49:2)(カルシウム塩)、レッド63:1(Red 63:1)(カルシウム塩)などの金属化アゾ・レッド(Metallized Azo Red)、トルイジン・レッド(Toluidine Red)、ナフトール・レッド(Naphthol Red)、ピラザロン(Pyrazalone)、ローダミン(Rhodamine)、レッドB(Red B)レッドY(Red Y)、マゼンタB(Magenta B)、マゼンタ(Magenta)、およびバイオレット(Violet)などのキナクリドン、フタロシアニン・ブルー(Phthalocyanine Blue)、フタロシアニン・グリーン(Phthalocyanine Green)、カルバゾール・イエロー(Carbazole Yellow)、モノアクリリド・イエロー(Monoarylide Yellow)、ジアリーリド・イエロー(Diarylide Yellow)、クロム・イエロー(Chrome Yellow)、レッド・レイクC(Red Lake C)、カルシウム塩やバリウム塩などのリトール・レッド(Lithol Red)、リトール・ルビン(Lithol Rubine)、ボン・マルーン(Bon Maroon)、ペリレン顔料、 カルシウム塩、バリウム塩、およびマグネシウム塩などのレッド2B(Red 2B)顔料、クロム・イエロー(Chrome yellow)、クロム・オレンジ(Chrome Orange)、モリブデート・オレンジ(Molybdate Orange)、クロム酸鉛、ケイクロム酸鉛、亜鉛黄、クロム酸バリウム、クロム酸ストロンチウム、チタンニッケルイエロー、リミナイト(Liminite)、ヘマタイト、磁鉄鉱、鉄の雲母状酸化物、菱鉄鉱、黄鉄鉱、フェライト・イエロー(Ferrite Yellow)、レッド・オキシド(Red Oxide)、プルシアン・ブルー(Prussian Blue)、オレンジ36(Orange 36)、ジアリーリド・オレンジ(Diarylide Orange)、ジアニシジン・オレンジ(Dianisidine Orange)、トリル・オレンジ(Tolyl Orange)、およびジニトラニリン・オレンジ(Dinitraniline Orange)が挙げられる。その他の好適な顔料の例としては、酸染料とアルカリ金属またはアルカリ土類金属とから生成されるレーキなどのレーキが挙げられる。このようなレーキを生成するために好適な酸染料の例としては、ピーコック・ブルー(Peacock Blue)、スカーレット2R(Scarlet 2R)、アゾ・ボルドー(Azo Bordeaux)、ピグメント・スカーレット3B(Pigment Scarlet 3B)、オレンジ2(Orange 2)、およびタートラジン(Tartrazine)が挙げられる。本発明のデジタル複写機インク配合物に使用する場合には、カーボンブラックが好ましい着色剤である。カーボンブラック着色剤としては、チャネル・ブラック(Channel black)、ファーネスブラック、およびランプブラックが挙げられる。その他の好適な顔料の例としては、アナタース型およびルチル型二酸化チタン、酸化亜鉛、硫化亜鉛、およびリトポンなどの隠蔽性顔料が挙げられる。
【0041】
本発明のインクに使用すると好適な着色剤は、約0.01μm〜約100μm、好ましくは約0.02μm〜約50μm、より好ましくは0.01μm〜10μmの広範囲の粒径を有してよい。
【0042】
本発明は、本発明の安定化した顔料粒子を含むインクジェットインク組成物にも関する。本発明のインクジェットインクは、水、水性有機溶剤、界面活性剤、および本発明の自己分散性で安定化した顔料粒子を含み、ここで、顔料の分散した粒子の数平均粒径は15〜200nmである。本発明のインク組成物は、pH調整剤、保湿剤、殺生剤、脱泡剤をさらに含んでよい。水性および非水性の担体などのあらゆる好適なインク担体を、本発明のインク組成物の調製に使用することができる。水が好ましいインク担体であるが、あらゆる好適な量のインク担体を使用することができる。通常、担体は、組成物の約30重量%〜約80重量%の量、好ましくは約40重量%〜約70重量%の量で使用される。水が担体として使用される場合、水中に溶解して存在する塩によるインクジェットチップの詰まりを防止するために、インク組成物の調製には脱イオン水が使用されることが好ましい。
【0043】
印刷動作中およびインクの保管中におけるインクの乾燥を防止するために、本発明のインク組成物は、好ましくは保湿剤を含むことができる。保湿剤は、好ましくは100℃を超え、より好ましくは約150℃〜約250℃の範囲内の高沸点を有する親水性溶剤である。当業者に公知のあらゆる好適な保湿剤を使用することができる。好適な保湿剤の例としては、エチレングリコール、プロピレングリコール、グリセリン、ジグリセリン、ジエチレングリコールなどのグリコール、エチレングリコールジメチルエーテル、エチレングリコールジエチルエーテル、セルソルブ、ジエチレングリコールモノエチルエーテル(カルビトール(Carbitol))、ジエチレングリコールジメチルエーテル、およびジエチレングリコールジエチルエーテルなどのグリコールエーテル、ジメチルスルホキシドなどのジアルキルスルホキシド、ならびにスルホランやN−メチルピロリドンなどの他の溶剤が挙げられる。プロピレングリコールおよびN−メチルピロリドンが好ましい保湿剤である。あらゆる好適な量の保湿剤を使用することができ、好ましくはインク組成物の約0.5重量%〜約5重量%の量、より好ましくはインク組成物の約1重量%〜約3重量%の量を使用することができる。
【0044】
好ましくは本発明のインク組成物は、細菌、カビ、または真菌の増殖を防止する好適な殺生剤を含むことができる。あらゆる好適な殺生剤を使用することができる。ダウイシル(DOWICIL)(商標)150、200、および75、安息香酸塩、ソルビン酸塩、p−ヒドロキシ安息香酸メチル(メチルパラベン)、ならびに6−アセトキシ−2,2−ジメチル−1,3−ジオキサン(ギバウダム・コーポレーション(Givaudam Corp.)よりギブ・ガードDXN(Giv Gard DXN)として入手可能)が好適な殺生剤の例であり、ギブ・ガードDXN(Giv Gard DXN)が好ましい殺生剤である。殺生剤は、細菌、カビ、および真菌による侵食を防止するのに十分な量で本発明のインク中に存在することができ、インク組成物の約0.05重量%〜約0.5重量%の範囲の量、好ましくは約0.1重量%〜約0.3重量%の量で存在することができる。
【0045】
インクの調製中および印刷動作中のインクの起泡を防止するために、本発明のインク組成物は、好ましくは脱泡剤を含むことができる。当業者に公知のあらゆる好適な脱泡剤を使用することができ、好ましくは水と混和性である脱泡剤である。好適な脱泡剤としては、シリコーン脱泡剤およびアセチレン系脱泡剤が挙げられる。市販の脱泡剤の例としては、ダウ・コーニング(Dow Corning Co.)より入手可能なDC−150や、ユニオン・カーバイド(Union Carbide Co.)より入手可能なシルベット(SILVET)I−77、720、722、または7002などのシリコーン脱泡剤が挙げられる。好ましい脱泡剤は、ニュージャージー州パターソン(Paterson,New Jersey)のウルトラ・アディティブズ(Ultra Additives Inc.)より入手可能なXRM−3588E.TMである。XRM−3588Eは、金属切削液として一般に使用される脱泡剤であり、ブルックフィールド(Brookfield)(RVFスピンドル4番(RVF Spindle #4)、20 RPM、25℃)粘度は6,000〜9,000センチポアズであり、比重は0.984〜1.032であり、pHは7.0〜8.5である(50%溶液)。XRM−3588Eの化学的性質は公表されていないが、シリコーン脱泡剤であると考えられる。米国特許公報(特許文献13)を本明細書に援用する。
【0046】
本発明の安定化した粒子は、(OEMおよび再仕上)自動車用コーティング組成物、建築用コーティング、工業用コーティングなどにおける顔料を添加した水性および溶剤系のコーティング組成物への使用にも好適である。本発明の安定化した粒子は、顔料を添加した粉末コーティング組成物への使用にも同様に好適である。
【実施例】
【0047】
(実施例1)
デグサ(Degusa)より供給されるFW−18カーボンブラック顔料200gを、図1に示す反応器5に5リットル/分の量で供給される乾燥酸素(20%)およびアルゴン中に含まれる2%のオゾンに48時間曝露することによって改質した。改質した顔料粒子を解凝集するために反応器内壁をぬぐい取る3枚の回転する羽根10を有する反応器5に、この改質した顔料粒子を装填した。羽根10は、5分ごとに10秒間回転させた。キャリアガスとして使用したアルゴンは、水を含有するバブラー25に通して気泡を発生させた。水はアルゴンによって運ばれ、5リットル/分の量で100分間反応器5に供給した。安定化した顔料粒子を反応器5から取り出して空気に曝露しても、発熱は起こらなかった。アルゴン供給ガスによって、反応器に約5gの水が送られていた。水中に顔料10重量%でpHが0.98となり、未処理顔料の場合の4〜5と比較される。安定化した顔料粒子(処理後)のXPS(X線光電子分光法)によると、表面の炭素に対する酸素の比は0.61であり、処理前の0.03と比較される。XPSは、表面の最上部10nmの原子含有率を測定する方法である。
【0048】
(実施例2)
デグサ(Degusa)より供給されるプリンテックス150T(Printex 150T)カーボンブラック顔料200gを、5リットル/分の量で供給される乾燥酸素(20%)およびアルゴン中に含まれる2%のオゾンに48時間曝露することによって改質した。改質した顔料粒子を解凝集するために反応器内壁をぬぐい取る3枚の回転する羽根10を有する反応器5に、この改質した顔料粒子を装填した。羽根10は、5分ごとに10秒間回転させた。キャリアガスとして使用したアルゴンは、水を含有するバブラー25に通して気泡を発生させた。水を混入させたアルゴンは、5リットル/分の量で反応器5に5.3時間供給した。安定化した顔料粒子を反応器5から取り出して空気に曝露しても、発熱は起こらなかった。アルゴン供給ガスによって、反応器に約12gの水が送られていた。水中に顔料10重量%でpHが1.6となり、未処理顔料の場合の3.9と比較される。安定化した顔料粒子(処理後)のXPS(X線光電子分光法)によると、表面の炭素に対する酸素の比は0.34であり、処理前の0.06と比較される。
【0049】
(比較例1)
デグサ(Degusa)より供給されるプリンテックス150T(Printex 150T)カーボンブラック顔料217gを、反応器5に5リットル/分の量で供給される乾燥酸素(20%)およびアルゴン中に含まれる2.1%のオゾンに67.5時間曝露することによって改質した。顔料粒子は、改質した顔料粒子を解凝集するために反応器内壁をぬぐい取る3枚の回転する羽根10を有する反応器5に装填した。羽根10は、5分ごとに10秒間回転させた。表面改質中の反応器5の温度は60℃を超えなかった。顔料粒子の改質が完了してから、粒子を反応器5から塗料缶に移した。静置していると、表面改質した顔料粒子に発熱反応が進行した。ある程度の力を伴って表面改質した顔料粒子が缶から出てくるのに十分なほどこの反応は激しかった。缶に残留する粒子は赤くなっており、冷却すると灰になった。缶の中の粉末の温度は300℃を超えた。脱イオン水に10重量%の粒子(処理後、発熱前)のpHは0.1となり、処理前の3.9と比較される。粒子(処理後、発熱前)のXPS(X線光電子分光法)によると、表面の炭素に対する酸素の比は0.48であり、処理前の0.06と比較される。
【0050】
(比較例2)
デグサ(Degusa)より供給されるFW−18カーボンブラック顔料105gを、反応器に5リットル/分の量で供給される乾燥酸素(20%)およびアルゴン中に含まれる1.7%のオゾンに48時間曝露することによって改質した。表面改質中の反応器5の温度は40℃を超えなかった。顔料粒子は、改質した顔料粒子を解凝集するために反応器内壁をぬぐい取る3枚の回転する羽根10を有する反応器5に装填した。羽根10は、5分ごとに10秒間回転させた。顔料粒子の改質が完了してから、粒子を反応器5から塗料缶に移した。静置していると、表面改質した顔料粒子に発熱反応が進行した。缶の中の粉末の温度は200℃を超えた。脱イオン水中の10重量%の顔料における顔料粒子の発熱後のpHは2.29となり、未処理粒子の場合の4〜5と比較される。
【図面の簡単な説明】
【0051】
【図1】本発明の方法で使用される反応器集成体の図である。
【図2】本発明の方法の概略流れ図である。
【図3】本発明の方法で使用される反応器集成体の図1の断面に沿った断面図である。
【図4】撹拌集成体の部分分解図である。
【0001】
本発明は、通常はプラズマ活性化プロセスガスに曝露することによってあらかじめ表面改質した有機顔料粒子を安定化する方法に関する。
【背景技術】
【0002】
有機顔料粒子は疎水性であるため、コーティング組成物や、インクジェットインクなどのインクなどの組成物中に分散させることは困難である。顔料粒子表面を改質することによって、水性または溶剤系組成物中への自己分散性を増加させることが可能なことが知られている。顔料表面改質に使用される方法の1つは、顔料を組成物中に十分分散させるための、酸またはグリコール含有ポリマーなどのイオン性または非イオン性界面活性剤のいずれかの表面改質剤を加えることである。顔料表面改質に使用されるもう1つの方法は、顔料粒子をオゾンまたはプラズマ活性化プロセスガスに曝露することである。プラズマ活性化表面改質に関する問題の1つは、顔料粒子の表面上に非常に発熱性の部位が形成されることであり、これらは周囲空気に曝露すると急激に反応する傾向にある。その結果、これらの発熱性の高い表面改質顔料粒子の取り扱いが危険になる。さらに、これらの発熱性の高い顔料の自己分散性は、顔料に発熱が起こった後では低下する傾向にある。
【0003】
【特許文献1】
米国特許第6,156,114号明細書
【特許文献2】
米国特許第4,478,643号明細書
【特許文献3】
米国特許第5,340,618号明細書
【特許文献4】
米国特許第5,620,743号明細書
【特許文献5】
米国特許第4,158,572号明細書
【特許文献6】
米国特許第4,257,951号明細書
【特許文献7】
米国特許第5,175,282号明細書
【特許文献8】
英国特許第1,502,884号明細書
【特許文献9】
米国特許第3,157,659号明細書
【特許文献10】
米国特許第3,256,285号明細書
【特許文献11】
米国特許第3,257,405号明細書
【特許文献12】
米国特許第3,317,539号明細書
【特許文献13】
米国特許第5,596,027号明細書
【非特許文献1】
W.ヘルブストおよびK.ハンガー、工業用有機顔料(ニューヨーク:VCHパブリッシャーズ、1993年)(W.Herbst and K.Hunger,Industrial Organic Pigments(New York:VCH Publishers,Inc.,1993))、9ページおよび467〜475ページ
【非特許文献2】
H.ゾリンガー、色彩化学(VCHベルラグスゲッセルシャフト、1991年)(H.Zollinger,Color Chemistry (VCH Verlagsgessellschaft,1991))、227〜228ページおよび297〜298ページ
【非特許文献3】
合成染料および顔料の化学、H.A.ラブズ編著(The Chemistry of Synthetic Dyes and Pigments,ed.H.A.Lubs)中のM.A.パーキンス、「ピリジン類およびピリドン類」(M.A.Perkins,”Pyridines and Pyridones”)(フロリダ州マラバー(Malabar,Florida):ロバートE.クリンガー・パブリッシング・カンパニー、1955年(Robert E.Krieger Publishing Company,1955))、481〜482ページ
【非特許文献4】
W.ヘルブストおよびK.ハンガー、工業用有機顔料(ニューヨーク:VCHパブリッシャーズ、1993年)(W.Herbst and K.Hunger,Industrial Organic Pigments(New York:VCH Publishers,Inc.,1993))、418〜427ページ
【非特許文献5】
H.ゾリンガー、色彩化学(VCHベルラグスゲッセルシャフト、1991年)(H.Zollinger,Color Chemistry (VCH Verlagsgessellschaft,1991))、101〜104ページ
【非特許文献6】
合成染料および顔料の化学、H.A.ラブズ編著(The Chemistry of Synthetic Dyes and Pigments,ed.H.A.Lubs)中のN.M.ビゲローおよびM.A.パーキンス、「フタロシアニン顔料」(N.M.Bigelow and M.A.Perkins,”Phthalocyanine Pigments”)(フロリダ州マラバー(Malabar,Florida):ロバートE.クリンガー・パブリッシング・カンパニー、1955年(Robert E.Krieger Publishing Company,1955))、584〜587ページ
【非特許文献7】
W.ヘルブストおよびK.ハンガー、工業用有機顔料(ニューヨーク:VCHパブリッシャーズ、1993年)(W.Herbst and K.Hunger,Industrial Organic Pigments(New York:VCH Publishers,Inc.,1993))、498〜500ページ
【非特許文献8】
H.ゾリンガー、色彩化学(VCHベルラグスゲッセルシャフト、1991年)(H.Zollinger,Color Chemistry (VCH Verlagsgessellschaft,1991))、219〜220ページ(237ページも参照)
【非特許文献9】
合成染料および顔料の化学、H.A.ラブズ編著(The Chemistry of Synthetic Dyes and Pigments,ed.H.A.Lubs)中のM.S.ウィーレン「アントラキノンアジン類」(M.S.Whelen,”Anthraquinoneazines”)(フロリダ州マラバー(Malabar,Florida):ロバートE.クリンガー・パブリッシング・カンパニー、1955年(Robert E.Krieger Publishing Company,1955))、512〜522ページ
【非特許文献10】
W.ヘルブストおよびK.ハンガー、工業用有機顔料(ニューヨーク:VCHパブリッシャーズ、1993年)(W.Herbst and K.Hunger,Industrial Organic Pigments(New York:VCH Publishers,Inc.,1993))、398〜415ページ
【非特許文献11】
ケミカル・レビュー(Chemical Review),67,1−18(1967)のS.S.ラバナおよびL.L.ラバナ、「キナクリドン類」(S.S.Labana and L.L.Labana,”Quinacridones”)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
本発明は、オゾンまたはプラズマ活性化ガスに曝露することによって表面改質した危険で取り扱いが困難な顔料粒子の問題を解決する。
【課題を解決するための手段】
【0005】
本発明は、安定化した有機顔料粒子を製造する方法であって、
有機顔料粒子の表面改質を行う工程と、
前記表面改質した粒子を、キャリアガス中に混入させた水性蒸気と接触させて、前記安定化した有機顔料粒子を製造する工程と
を含む方法に関する。
【0006】
本発明は、安定化した有機顔料粒子を製造する装置であって、
反応器と、
前記反応器に、キャリアガス中に混入させた水性蒸気を導入する手段と、
前記反応器に入れられた前記顔料粒子を解凝集するための撹拌集成体とを含む装置にも関する。
【発明を実施するための最良の形態】
【0007】
本発明の方法は、プラズマ活性化プロセスガスによってあらかじめ改質した有機顔料粒子の表面を安定化する。本発明の表面改質方法は一般に、本発明の方法で使用される溶剤または水性媒体に対して顔料粒子を分散性にする部位または官能基を顔料粒子表面に形成することを含む。したがって、水性顔料分散体の場合、これらの部位または官能基は通常、非イオン性、陰イオン性、および陽イオン性の基などの親水性官能基を含む。特に、カルボキシル基、ヒドロキシル基、スルホン酸基、またはリン酸基は、単独またはこれらの組み合わせのいずれかで使用されると好ましい場合がある。これらの中では、カルボキシル基単独、またはカルボキシル基と上記基の1つ以上との組み合わせがより好ましい。顔料粒子がカルボキシル基、スルホン酸基、またはリン酸基を有する場合、これらの基のそれぞれはそのままの酸性状態で使用してもよい。しかし、酸の形態の一部または全部が塩を形成すると分散性を向上させるために好都合となり望ましくなることがある。
【0008】
顔料表面の改質方法は、当技術分野で公知である。たとえば、同一出願人による米国特許公報(特許文献1)(本願特許出願人)はそのような方法を開示している。好適なプロセスガスの一部としては、酸素、窒素、水蒸気、過酸化水素、二酸化炭素、アンモニア、オゾン、一酸化炭素、トリメチルシラン、テトラエトキシシラン、ヘキサメチルジシロキサン、エチレンジアミン、無水マレイン酸、アリールアミン、アセチレン、メタン、エチレンオキシド、水素、スチレン、空気、二酸化硫黄、スルホニル前駆物質、ホスホニル前駆物質、アルコール類、またはそれらの混合物が挙げられる。
【0009】
上記プロセスガスは、プラズマ発生器、コロナ放電装置装置などの種々の公知の装置によって発生されるプラズマに曝露することによって活性化され、これらに関しては、米国特許公報(特許文献2)(日本ペイント(Nippon Paint))、米国特許公報(特許文献3)(きもと(Kimoto Co.,Ltd.))、および米国特許公報(特許文献4)(BASF)に記載されている。プラズマ活性化は、減圧下または大気圧で実施することができる。
【0010】
多くの場合、これらの方法は、プラズマ活性化プロセスガスに曝露する前に顔料粒子を解凝集することを含み、これによって顔料粒子の実質的に表面全体がプラズマ活性化プロセスガスに曝露される。たとえば、米国特許公報(特許文献1)(本願特許出願人)には、顔料粒子をプラズマ活性化法に使用する前に顔料粒子を解凝集するための超音波解凝集装置の使用が記載されている。
【0011】
一般に、有機顔料粒子は、プラズマ活性化プロセスガスまたはオゾンによる表面改質前または表面改質中に解凝集されることが多い。
【0012】
本発明の方法の好適な有機粒子の一部としては、カーボンブラック、ジケト−ピロロピロール赤色顔料、ペリレン栗色顔料、ポリブタジエン、ポリクロロプレン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリアクリロニトリル、ポリメタクリル酸、ポリ酢酸ビニル、ポリ塩化ビニル、セルロース、銅フタロシアニン、青色顔料15:2、ポリクロロ銅フタロシアニン、C.I.ピグメントグリーン7、キナクリドン赤色顔料、キナクリドンバイオレット、または銅フタロシアニンブルーが挙げられる。
【0013】
上記方法によって改質する粒子の表面は、非常に反応性が高い場合があり周囲空気に曝露すると激しい発熱反応が起こることがある。したがって、これらの非常に発熱性の高い粒子の取り扱いはきわめて危険である。本発明の方法は、これらの改質顔料粒子の表面上の反応性部位を安定化することによってこの安全性の問題を解消する。
【0014】
改質した顔料粒子の安定化に好適な装置を図1、2、3、および4に示す。装置の反応器集成体1は、支持ブロック3に対して実質的に水平に配置され支持ブロック3上に保持される固定チャンバー4を備える。チャンバー4は密閉されることが好ましい。チャンバー4は好ましくは円筒形であり、ガラスまたはステンレス鋼などの好適な材料から製造することができる。円筒形の反応器5は、チャンバー4の内部で同軸状にあり、前述の方法ですでに改質している顔料粒子6を保持する。反応器5は、ガラスやステンレス鋼などの好適な不活性材料から製造される。好ましくはチャンバー4は、密閉可能なフランジ8に沿って分割され、これによってチャンバー4内部の反応器5の位置調整が可能となり、内部への到達および組立が容易になる。
【0015】
キャリアガス中に混入させた水性蒸気を反応器5中に導入する手段は、反応器5の軸に実質的に沿って配置される管状ランス20を含むことが好ましく、この管状ランス20はキャリアガスに混入させた水性蒸気を開口部15から反応器5に導入し、この開口部15は反応器5内の水性蒸気の滞留時間を増加させるためにチャンバー4の排気端部からは離れていることが好ましい。好適なキャリアガスとしては、アルゴン、窒素、ヘリウム、ネオン、二酸化炭素、空気、またはそれらの混合物が挙げられる。キャリアガス供給源22から供給されるキャリアガスは、圧力調整器24を通過して、水性媒体を含む蒸発器26に運ばれる。バブラー管25は水性蒸気を運び、これは調整弁28を通って調整され、ランス20の開口部15を介して反応器5に運ばれる。好適な水性媒体としては、水、好ましくは脱イオン水が挙げられ、あるいは希望するならアルコールなどの好適な混和性溶媒に溶解させた水も挙げられる。
【0016】
温度計30および圧力計32は、チャンバー4から排出される水性蒸気含有キャリアガスを監視する。次に、キャリアガスは排出することもできるし、あるいは好ましくは乾燥キャニスター34に通してからチャンバー4に入るキャリアガスラインに戻して再利用することもできる。
【0017】
反応器5中の改質粒子の表面を均一に露出させるために、撹拌集成体2が使用される。集成体2は、反応器5の内部に回転自在に取り付けられたフランジ10を備える。モーター集成体12はフランジ10を駆動する。複数の羽根支持体14がフランジ10に固定されている。3つの放射状で等距離にある羽根支持体14が好ましい。各羽根支持体14には羽根16が取り付けられ、この羽根16は一般に、反応器5の長さ全体に実質的にわたって反応器5の内壁付近を移動する。フランジ10、羽根支持体14、および羽根16は一般に、アルミニウムまたはステンレス鋼などの好適な不活性で剛性の材料から製造される。羽根16の長さに実質的に沿って延在する可撓性コイル18は、羽根16のいずれかの末端に取り付けられることが好ましい。モーター集成体12がフランジ10を回転させるときに、コイル18は反応器5の内壁と物理的に接触した状態を維持する。その結果、反応器5の内壁に付着する顔料粒子は、反応器5の内側でコイル18が回転するときにコイル18によってかき落とされる。コイル18の形状のもう1つの利点は、反応器5の内部で回転するときに、凝集した顔料粒子の解凝集も同時に促進することである。一般にコイル18は、ステンレス鋼などの好適な不活性かつ可撓性の材料から製造される。コイル18を使用することのさらに別の利点は、反応器5の内面上に改質していない顔料が集まる場所が形成されるのを防止することであり、反応器5が実質的に円筒形でなければそのような場所が存在しうる。コイル18は、反応器5の均一な内面を擦りながら膨張または接触することができる。
【0018】
運転の際は、反応器5に改質した顔料粒子が装填され、空気との接触を防止するために十分に密閉される。フランジ10の回転は、底部から粒子がこすり取られ、水性蒸気との接触が最大限となるよう粒子が解凝集されるのに十分となるように調整される。一般に、使用されるフランジ10のRPMは、安定化する顔料の種類、反応器5に装填される顔料の量などの要因に依存する。フランジ10の回転は、一般には約1RPM〜500RPMの範囲に調整され、好ましくは5〜300RPMの範囲、より好ましくは10〜240RPMの範囲に調整される。安定化する有機顔料の種類に依存するが、反応器5に装填される顔料の量、そしてその最終用途に依存するが、反応器5に運ばれる水性蒸気の量、および反応器中の顔料の滞留時間は、適宜調整される。一般に、キャリアガスに混入させる水性蒸気の重量は、顔料の表面積1m2当たり約10μg〜500μgの範囲であり、好ましくは約50μg〜500μgの範囲であり、より好ましくは約100μg〜500μgの範囲である。
【0019】
オゾンを反応器5に供給する手段を備える反応器5を提供することによって、反応器5を、上述の安定化工程の前に顔料粒子表面を改質するために使用することもできる。周囲圧または高圧法は誘電障壁放電を使用し、供給ガスとして空気を利用して酸素プラズマ(原子)を発生させる。原子酸素は分子酸素と結合して安定なオゾンを生成し、これが酸化剤となる。
【0020】
顔料粒子の改質に使用される別の構成要素が図2に示されている。このように、酸素供給源36は窒素供給源38と接続されるので使用者は所望の比率の窒素/酸素混合物を発生することができ、この混合物は次に従来のモレキュラーシーブフィルター40を通って、従来のオゾン発生器42に送られ、オゾン発生器はニュージャージー州ウエストコールドウェル(West Caldwell,New Jersey)のPCI−ウェドコ(PCI−Wedco)が供給するモデル番号GL−1などが本発明での使用に好適である。オゾン発生器42によって発生したオゾン/窒素混合物は、調整弁44を通過してから、反応器5に送られる。
【0021】
運転の際、反応器5に、まだ改質していない顔料粒子が装填され、空気との接触を防止するために十分に密閉される。フランジ10は、顔料粒子を解凝集するために十分な速度で回転させる。一般に、RPMは前述の場合とほぼ同じ速度に調整される。調整弁28が閉じられ、弁44が開放され、それぞれ酸素供給源36および窒素供給源38によって供給される酸素と窒素の所望の気体混合物がオゾン発生器42に送られ、このときオゾン発生のスイッチはまだ入っていない。一般に、全体の気体に対する酸素の重量比は約0.8〜1の範囲であり、好ましくは約0.9〜約1の範囲であり、より好ましくは約0.95〜約0.995の範囲である。反応器5は好ましくは周囲圧力で動作する。しかし、希望するのであれば、反応器5は、約6.9〜689.5kPa(1〜100psi)の範囲、好ましくは約34.5〜344.7kPa(5〜50psi)の範囲、より好ましくは69.0〜206.8kPa(10〜30psi)の範囲のゲージ圧で運転することができる。
【0022】
単位リットル/分におけるガスの体積流量は一般に約0.1〜20の範囲で変動し、好ましくは約1〜10の範囲、より好ましくは約2〜6の範囲で変動する。システムが平衡状態になってから、オゾン発生器のスイッチを入れてオゾンを発生させ、次にこのオゾンを反応器5に送って顔料粒子の表面を改質させる。改質させる顔料粒子の種類、反応器5に装填される顔料粒子の量、酸素/窒素比、および顔料粒子をオゾンに曝露する時間に依存して、所望の酸素炭素比およびpHが実現されるように反応器条件が調整される。
【0023】
たとえば、インクジェットインクへの使用に好適なカーボンブラック顔料を改質させる場合、反応器条件は、改質させる顔料の表面上の炭素に対する酸素の比率が約0.05〜1の範囲、好ましくは0.06〜0.8の範囲、より好ましくは0.1〜0.6の範囲となるように調整される。またカーボンブラック顔料用の反応器条件は、改質した顔料粒子の表面のpHが約0.1〜約8の範囲、好ましくは約0.1〜約4の範囲、より好ましくは約0.1〜約1の範囲となるように通常調整される。
【0024】
表面改質の工程が完了すると、弁44が閉じられ、弁28が開放されて、前述のように水性蒸気が反応器5に送られて、改質した顔料粒子の安定化が完了する。
【0025】
希望するなら、支持ブロック3中に従来の熱交換器を組み込むことによって、反応器5を加熱または冷却してもよい。
【0026】
本発明の方法によりコンディショニングすることができる好適な有機顔料としては、ペリレン顔料、フタロシアニン顔料、インダントロン顔料、イソインドリン顔料、およびキナクリドン顔料、ならびにその他の公知の有機顔料が挙げられる。このような顔料の固溶体などの混合物も好適である。
【0027】
ペリエン類(Peryiene)、特にペリレン−3,4,9,10−テトラカルボン酸のジイミドおよび二無水物は、特に好適な有機顔料である。好適なペリレン顔料は未置換であってもよいし、たとえば、アルキル、アルコキシ、塩素などのハロゲン、またはイミド窒素原子においてアルキルなどの化学的に妥当な基で置換された基などのペリレン顔料に一般的な他の置換基1つ以上で置換されてもよい。未精製ペリレン類は、当技術分野で公知の方法によって調製することができる。たとえば、(非特許文献1)、(非特許文献2)、および(非特許文献3)。
【0028】
フタロシアニン顔料、特に金属フタロシアニンも好適な有機顔料である。銅フタロシアニンが好ましいが、亜鉛、コバルト、鉄、ニッケル、および他の同様の金属を主成分とする他の金属含有フタロシアニン顔料を使用してもよい。金属非含有フタロシアニンも好適であるが、一般にはあまり好ましいわけではない。フタロシアニン顔料は、未置換であってもよいし、たとえば、アルキル、アルコキシ、塩素などのハロゲン、またはフタロシアニン顔料に一般的な他の置換基1つ以上で部分的に置換されてもよい。未精製フタロシアニンは、当技術分野で公知のあらゆる方法で調製することができるが、無水フタル酸、フタロニトリル、またはそれらの誘導体を、金属供与体、窒素供与体(尿素、またはフタロニトリル自体など)、および任意の触媒と、好ましくは有機溶媒中で反応させることによって調製されるのが好ましい。たとえば、(非特許文献4)、(非特許文献5)、および(非特許文献6)、また米国特許公報(特許文献5)、米国特許公報(特許文献6)、米国特許公報(特許文献7)、および(特許文献8)も参照されたい。
【0029】
好適な顔料としては、当技術分野で公知の方法で調製されたインダントロン顔料も挙げられる。たとえば、(非特許文献7)、(非特許文献8)、および(非特許文献9)。インダントロン顔料は、未置換であってもよいし、たとえば、アルキル、アルコキシ、塩素などのハロゲン、またはインダントロン顔料に一般的な他の置換基1つ以上で部分的に置換されてもよい。誘導体化されていないインダントロン(ピグメント・ブルー60(Pigment Blue 60)、または別名バット・ブルー4(Vat Blue 4))が特に好ましい。
【0030】
任意に対称または非対称に置換されてもよいイソインドリン顔料も好適な有機顔料であり、当技術分野で公知の方法によって調製することができる。たとえば、(非特許文献10)。特に好ましいイソインドリン顔料であるピグメント・イエロー139(Pigment Yellow 139)は、イミノイソインドリンおよびバルビツール酸前駆物質の対称付加体である。
【0031】
キナクリドン顔料も好適な有機顔料である。キナクリドン類(本明細書で使用する場合には、未置換キナクリドン、キナクリドン誘導体、およびそれらの固溶体を含む)は当技術分野で公知のあらゆる方法によって調製することができるが、ポリリン酸の存在下で種々の2,5−ジアニリノテレフタル酸前駆物質を熱的に閉環させることによって調製されることが好ましい。たとえば、(非特許文献11)、ならびに米国特許公報(特許文献9)、米国特許公報(特許文献10)、米国特許公報(特許文献11)、および米国特許公報(特許文献12)。好適なキナクリドン顔料は、未置換であってもよいし、(たとえば、アルキル、アルコキシ、塩素などのハロゲン、またはキナクリドン顔料に一般的な他の置換基1つ以上で)置換されてもよい。
【0032】
その他の好適な有機顔料としては、ジオキサジン類(すなわち、トリフェンジオキサジン類)、1,4−ジケトピロロピロール類、アントラピリミジン類、アンタントロン類、フラバントロン類、インダントロン類、ペリノン類、ピラントロン類、チオインジゴ類、4,4’−ジアミノ−1,1’−ジアントラキノニル、およびアゾ化合物、ならびにそれらの置換誘導体が挙げられる。
【0033】
親水性官能基の量は、親水性基の種類、および官能基が塩を形成する場合は塩の種類に依存するので、大規模な方法では規定されない。親水性基が−COO−M+基である場合は、親水性官能基の量は望ましくは0.4〜5mmol/gである。M+は、リチウム、ナトリウム、カリウム、セシウム、またはアミンなどの対イオンを表している。
【0034】
親水性官能基が導入される顔料としては、あらゆる無機顔料および有機顔料を使用してよい。
【0035】
黒色顔料としては、ファーネスブラック、ランプブラック、アセチレンブラック、およびチャネルブラックなどのカーボンブラック顔料が好ましい。黒色顔料として使用することができる化合物の例としては、レイブン7000(Raven 7000)、レイブン5750(Raven 5750)、レイブン5250(Raven 5250)、レイブン5000ウルトラ(Raven 5000 ULTRA)、レイブン3500(Raven 3500)、レイブン2500ウルトラ(Raven 2500 ULTRA)、レイブン2000(Raven 2000)、レイブン1500(Raven 1500)、レイブン1255(Raven 1255)、レイブン1250(Raven 1250)、レイブン1200(Raven 1200)、レイブン1190ウルトラ(Raven 1190 ULTRA)、レイブン1170(Raven 1170)、レイブン1080ウルトラ(Raven 1080 ULTRA)、レイブン1060ウルトラ(Raven 1060 ULTRA)、レイブン790ウルトラ(Raven 790 ULTRA)、レイブン780ウルトラ(Raven 780 ULTRA)、およびレイブン760ウルトラ(Raven 760 ULTRA)(コロンビアン・ケミカルズ(Colombian Chemicals Co.)製造)、リーガル1400R(Regal 1400R)、リーガル1330R(Regal 1330R)、リーガル1660R(Regal 1660R)、ムガールL(Mogul L)、モナーク700(Monarch 700)、モナーク800(Monarch 800)、モナーク880(Monarch 880)、モナーク900(Monarch 900)、モナーク1000(Monarch 1000)、モナーク1100(Monarch 1100)、モナーク1300(Monarch 1300)、およびモナーク1400(Monarch 1400)(カボット(Cabot製造)、カラー・ブラックFW1(Color Black FW1)、カラー・ブラックFW2(Color Black FW2)、カラー・ブラックFW2V(Color Black FW2V)、カラー・ブラック18(Color Black 18)、カラー・ブラックFW200(Color Black FW200)、カラー・ブラックS150(Color Black S150)、カラー・ブラックS160(Color Black S160)、カラー・ブラックS170(Color Black S170)、プリンテックス35(Printex 35)、プリンテックスU(Printex U)、プリンテックスV(Printex V)、プリンテックス140U(Printex 140U)、プリンテックス140V(Printex 140V)、スペシャル・ブラック6(Special Black 6)、スペシャル・ブラック5(Special Black 5)、スペシャル・ブラック4A(Special Black 4A)、およびスペシャル・ブラック4(Special Black 4)(デガッサ・コーポレーション(Degussa Corp.)製造)、No.25、No.33、No.40、No.47、No.52、No.900、No.2300、MCF−88、MA 600、MA 7、MA 8、およびMA 100(三菱化学(Mitsubishi Chemical Corp.)製造)を挙げることができるが、これらに限定されるものではない。磁鉄鉱またはフェライトなどの磁性微粒子、チタンブラックなどを黒色顔料として使用してもよい。
【0036】
シアン色顔料の例としてはC.I.ピグメント・ブルー−1(C.I.Pigment Blue−1)、C.I.ピグメント・ブルー−2(C.I.Pigment Blue−2)、C.I.ピグメント・ブルー−3(C.I.Pigment Blue−3)、C.I.ピグメント・ブルー−15(C.I.Pigment Blue−15)、C.I.ピグメント・ブルー−15:1(C.I.Pigment Blue−15:1)、C.I.ピグメント・ブルー−15:3(C.I.Pigment Blue−15:3)、C.I.ピグメント・ブルー−15:34(C.I.Pigment Blue−15:34)、C.I.ピグメント・ブルー−16(C.I.Pigment Blue−16)、C.I.ピグメント・ブルー−22(C.I.Pigment Blue−22)、およびC.I.ピグメント・ブルー−60(C.I.Pigment Blue−60)を挙げることができるが、これらに限定されるものではない。
【0037】
マゼンタ色顔料の例としては、C.I.ピグメント・レッド5(C.I.Pigment Red 5)、C.I.ピグメント・レッド7(C.I.Pigment Red 7)、C.I.ピグメント・レッド12(C.I.Pigment Red 12)、C.I.ピグメント・レッド48(C.I.Pigment Red 48)、C.I.ピグメント・レッド48:1(C.I.Pigment Red 48 :1)、C.I.ピグメント・レッド57(C.I.Pigment Red 57)、C.I.ピグメント・レッド112(C.I.Pigment Red 112)、C.I.ピグメント・レッド122(C.I.Pigment Red 122)、C.I.ピグメント・レッド123(C.I.Pigment Red 123)、C.I.ピグメント・レッド146(C.I.Pigment Red 146)、C.I.ピグメント・レッド168(C.I.Pigment Red 168)、C.I.ピグメント・レッド184(C.I.Pigment Red 184)、およびC.I.ピグメント・レッド202(C.I.Pigment Red 202)を挙げることができるが、これらに限定されるものではない。
【0038】
黄色顔料の例としては、C.I.ピグメント・イエロー−1(C.I.Pigment Yellow−1)、C.I.ピグメント・イエロー−2(C.I.Pigment Yellow−2)、C.I.ピグメント・イエロー−3(C.I.Pigment Yellow−3)、C.I.ピグメント・イエロー−12(C.I.Pigment Yellow−12)、C.I.ピグメント・イエロー−13(C.I.Pigment Yellow−13)、C.I.ピグメント・イエロー−14(C.I.Pigment Yellow−14)、C.I.ピグメント・イエロー−16(C.I.Pigment Yellow−16)、C.I.ピグメント・イエロー−17(C.I.Pigment Yellow−17)、C.I.ピグメント・イエロー−73(C.I.Pigment Yellow−73)、C.I.ピグメント・イエロー−74(C.I.Pigment Yellow−74)、C.I.ピグメント・イエロー−75(C.I.Pigment Yellow−75)、C.I.ピグメント・イエロー−83(C.I.Pigment Yellow−83)、C.I.ピグメント・イエロー−93(C.I.Pigment Yellow−93)、C.I.ピグメント・イエロー−95(C.I.Pigment Yellow−95)、C.I.ピグメント・イエロー−97(C.I.Pigment Yellow−97)、C.I.ピグメント・イエロー−98(C.I.Pigment Yellow−98)、C.I.ピグメント・イエロー−114(C.I.Pigment Yellow−114)、C.I.ピグメント・イエロー−128(C.I.Pigment Yellow−128)、C.I.ピグメント・イエロー−129(C.I.Pigment Yellow−129)、C.I.ピグメント・イエロー−151(C.I.Pigment Yellow−151)、およびC.I.ピグメント・イエロー−154(C.I.Pigment Yellow−154)を挙げることができるが、これらに限定されるものではない。
【0039】
赤、緑、青、茶色、および白色を含む特殊な色の顔料、銀や金などのメタリックおよび光沢のある色を有する顔料、無色体質顔料、または黒色、ならびにシアン色、マゼンタ色、および黄色の三原色の顔料以外のプラスチック顔料を使用してよい。また本発明のために新しく合成された顔料を使用してもよい。
【0040】
好適な顔料の例としては、レッド49:1(Red 49:1)(バリウム塩)、レッド49:2(Red 49:2)(カルシウム塩)、レッド63:1(Red 63:1)(カルシウム塩)などの金属化アゾ・レッド(Metallized Azo Red)、トルイジン・レッド(Toluidine Red)、ナフトール・レッド(Naphthol Red)、ピラザロン(Pyrazalone)、ローダミン(Rhodamine)、レッドB(Red B)レッドY(Red Y)、マゼンタB(Magenta B)、マゼンタ(Magenta)、およびバイオレット(Violet)などのキナクリドン、フタロシアニン・ブルー(Phthalocyanine Blue)、フタロシアニン・グリーン(Phthalocyanine Green)、カルバゾール・イエロー(Carbazole Yellow)、モノアクリリド・イエロー(Monoarylide Yellow)、ジアリーリド・イエロー(Diarylide Yellow)、クロム・イエロー(Chrome Yellow)、レッド・レイクC(Red Lake C)、カルシウム塩やバリウム塩などのリトール・レッド(Lithol Red)、リトール・ルビン(Lithol Rubine)、ボン・マルーン(Bon Maroon)、ペリレン顔料、 カルシウム塩、バリウム塩、およびマグネシウム塩などのレッド2B(Red 2B)顔料、クロム・イエロー(Chrome yellow)、クロム・オレンジ(Chrome Orange)、モリブデート・オレンジ(Molybdate Orange)、クロム酸鉛、ケイクロム酸鉛、亜鉛黄、クロム酸バリウム、クロム酸ストロンチウム、チタンニッケルイエロー、リミナイト(Liminite)、ヘマタイト、磁鉄鉱、鉄の雲母状酸化物、菱鉄鉱、黄鉄鉱、フェライト・イエロー(Ferrite Yellow)、レッド・オキシド(Red Oxide)、プルシアン・ブルー(Prussian Blue)、オレンジ36(Orange 36)、ジアリーリド・オレンジ(Diarylide Orange)、ジアニシジン・オレンジ(Dianisidine Orange)、トリル・オレンジ(Tolyl Orange)、およびジニトラニリン・オレンジ(Dinitraniline Orange)が挙げられる。その他の好適な顔料の例としては、酸染料とアルカリ金属またはアルカリ土類金属とから生成されるレーキなどのレーキが挙げられる。このようなレーキを生成するために好適な酸染料の例としては、ピーコック・ブルー(Peacock Blue)、スカーレット2R(Scarlet 2R)、アゾ・ボルドー(Azo Bordeaux)、ピグメント・スカーレット3B(Pigment Scarlet 3B)、オレンジ2(Orange 2)、およびタートラジン(Tartrazine)が挙げられる。本発明のデジタル複写機インク配合物に使用する場合には、カーボンブラックが好ましい着色剤である。カーボンブラック着色剤としては、チャネル・ブラック(Channel black)、ファーネスブラック、およびランプブラックが挙げられる。その他の好適な顔料の例としては、アナタース型およびルチル型二酸化チタン、酸化亜鉛、硫化亜鉛、およびリトポンなどの隠蔽性顔料が挙げられる。
【0041】
本発明のインクに使用すると好適な着色剤は、約0.01μm〜約100μm、好ましくは約0.02μm〜約50μm、より好ましくは0.01μm〜10μmの広範囲の粒径を有してよい。
【0042】
本発明は、本発明の安定化した顔料粒子を含むインクジェットインク組成物にも関する。本発明のインクジェットインクは、水、水性有機溶剤、界面活性剤、および本発明の自己分散性で安定化した顔料粒子を含み、ここで、顔料の分散した粒子の数平均粒径は15〜200nmである。本発明のインク組成物は、pH調整剤、保湿剤、殺生剤、脱泡剤をさらに含んでよい。水性および非水性の担体などのあらゆる好適なインク担体を、本発明のインク組成物の調製に使用することができる。水が好ましいインク担体であるが、あらゆる好適な量のインク担体を使用することができる。通常、担体は、組成物の約30重量%〜約80重量%の量、好ましくは約40重量%〜約70重量%の量で使用される。水が担体として使用される場合、水中に溶解して存在する塩によるインクジェットチップの詰まりを防止するために、インク組成物の調製には脱イオン水が使用されることが好ましい。
【0043】
印刷動作中およびインクの保管中におけるインクの乾燥を防止するために、本発明のインク組成物は、好ましくは保湿剤を含むことができる。保湿剤は、好ましくは100℃を超え、より好ましくは約150℃〜約250℃の範囲内の高沸点を有する親水性溶剤である。当業者に公知のあらゆる好適な保湿剤を使用することができる。好適な保湿剤の例としては、エチレングリコール、プロピレングリコール、グリセリン、ジグリセリン、ジエチレングリコールなどのグリコール、エチレングリコールジメチルエーテル、エチレングリコールジエチルエーテル、セルソルブ、ジエチレングリコールモノエチルエーテル(カルビトール(Carbitol))、ジエチレングリコールジメチルエーテル、およびジエチレングリコールジエチルエーテルなどのグリコールエーテル、ジメチルスルホキシドなどのジアルキルスルホキシド、ならびにスルホランやN−メチルピロリドンなどの他の溶剤が挙げられる。プロピレングリコールおよびN−メチルピロリドンが好ましい保湿剤である。あらゆる好適な量の保湿剤を使用することができ、好ましくはインク組成物の約0.5重量%〜約5重量%の量、より好ましくはインク組成物の約1重量%〜約3重量%の量を使用することができる。
【0044】
好ましくは本発明のインク組成物は、細菌、カビ、または真菌の増殖を防止する好適な殺生剤を含むことができる。あらゆる好適な殺生剤を使用することができる。ダウイシル(DOWICIL)(商標)150、200、および75、安息香酸塩、ソルビン酸塩、p−ヒドロキシ安息香酸メチル(メチルパラベン)、ならびに6−アセトキシ−2,2−ジメチル−1,3−ジオキサン(ギバウダム・コーポレーション(Givaudam Corp.)よりギブ・ガードDXN(Giv Gard DXN)として入手可能)が好適な殺生剤の例であり、ギブ・ガードDXN(Giv Gard DXN)が好ましい殺生剤である。殺生剤は、細菌、カビ、および真菌による侵食を防止するのに十分な量で本発明のインク中に存在することができ、インク組成物の約0.05重量%〜約0.5重量%の範囲の量、好ましくは約0.1重量%〜約0.3重量%の量で存在することができる。
【0045】
インクの調製中および印刷動作中のインクの起泡を防止するために、本発明のインク組成物は、好ましくは脱泡剤を含むことができる。当業者に公知のあらゆる好適な脱泡剤を使用することができ、好ましくは水と混和性である脱泡剤である。好適な脱泡剤としては、シリコーン脱泡剤およびアセチレン系脱泡剤が挙げられる。市販の脱泡剤の例としては、ダウ・コーニング(Dow Corning Co.)より入手可能なDC−150や、ユニオン・カーバイド(Union Carbide Co.)より入手可能なシルベット(SILVET)I−77、720、722、または7002などのシリコーン脱泡剤が挙げられる。好ましい脱泡剤は、ニュージャージー州パターソン(Paterson,New Jersey)のウルトラ・アディティブズ(Ultra Additives Inc.)より入手可能なXRM−3588E.TMである。XRM−3588Eは、金属切削液として一般に使用される脱泡剤であり、ブルックフィールド(Brookfield)(RVFスピンドル4番(RVF Spindle #4)、20 RPM、25℃)粘度は6,000〜9,000センチポアズであり、比重は0.984〜1.032であり、pHは7.0〜8.5である(50%溶液)。XRM−3588Eの化学的性質は公表されていないが、シリコーン脱泡剤であると考えられる。米国特許公報(特許文献13)を本明細書に援用する。
【0046】
本発明の安定化した粒子は、(OEMおよび再仕上)自動車用コーティング組成物、建築用コーティング、工業用コーティングなどにおける顔料を添加した水性および溶剤系のコーティング組成物への使用にも好適である。本発明の安定化した粒子は、顔料を添加した粉末コーティング組成物への使用にも同様に好適である。
【実施例】
【0047】
(実施例1)
デグサ(Degusa)より供給されるFW−18カーボンブラック顔料200gを、図1に示す反応器5に5リットル/分の量で供給される乾燥酸素(20%)およびアルゴン中に含まれる2%のオゾンに48時間曝露することによって改質した。改質した顔料粒子を解凝集するために反応器内壁をぬぐい取る3枚の回転する羽根10を有する反応器5に、この改質した顔料粒子を装填した。羽根10は、5分ごとに10秒間回転させた。キャリアガスとして使用したアルゴンは、水を含有するバブラー25に通して気泡を発生させた。水はアルゴンによって運ばれ、5リットル/分の量で100分間反応器5に供給した。安定化した顔料粒子を反応器5から取り出して空気に曝露しても、発熱は起こらなかった。アルゴン供給ガスによって、反応器に約5gの水が送られていた。水中に顔料10重量%でpHが0.98となり、未処理顔料の場合の4〜5と比較される。安定化した顔料粒子(処理後)のXPS(X線光電子分光法)によると、表面の炭素に対する酸素の比は0.61であり、処理前の0.03と比較される。XPSは、表面の最上部10nmの原子含有率を測定する方法である。
【0048】
(実施例2)
デグサ(Degusa)より供給されるプリンテックス150T(Printex 150T)カーボンブラック顔料200gを、5リットル/分の量で供給される乾燥酸素(20%)およびアルゴン中に含まれる2%のオゾンに48時間曝露することによって改質した。改質した顔料粒子を解凝集するために反応器内壁をぬぐい取る3枚の回転する羽根10を有する反応器5に、この改質した顔料粒子を装填した。羽根10は、5分ごとに10秒間回転させた。キャリアガスとして使用したアルゴンは、水を含有するバブラー25に通して気泡を発生させた。水を混入させたアルゴンは、5リットル/分の量で反応器5に5.3時間供給した。安定化した顔料粒子を反応器5から取り出して空気に曝露しても、発熱は起こらなかった。アルゴン供給ガスによって、反応器に約12gの水が送られていた。水中に顔料10重量%でpHが1.6となり、未処理顔料の場合の3.9と比較される。安定化した顔料粒子(処理後)のXPS(X線光電子分光法)によると、表面の炭素に対する酸素の比は0.34であり、処理前の0.06と比較される。
【0049】
(比較例1)
デグサ(Degusa)より供給されるプリンテックス150T(Printex 150T)カーボンブラック顔料217gを、反応器5に5リットル/分の量で供給される乾燥酸素(20%)およびアルゴン中に含まれる2.1%のオゾンに67.5時間曝露することによって改質した。顔料粒子は、改質した顔料粒子を解凝集するために反応器内壁をぬぐい取る3枚の回転する羽根10を有する反応器5に装填した。羽根10は、5分ごとに10秒間回転させた。表面改質中の反応器5の温度は60℃を超えなかった。顔料粒子の改質が完了してから、粒子を反応器5から塗料缶に移した。静置していると、表面改質した顔料粒子に発熱反応が進行した。ある程度の力を伴って表面改質した顔料粒子が缶から出てくるのに十分なほどこの反応は激しかった。缶に残留する粒子は赤くなっており、冷却すると灰になった。缶の中の粉末の温度は300℃を超えた。脱イオン水に10重量%の粒子(処理後、発熱前)のpHは0.1となり、処理前の3.9と比較される。粒子(処理後、発熱前)のXPS(X線光電子分光法)によると、表面の炭素に対する酸素の比は0.48であり、処理前の0.06と比較される。
【0050】
(比較例2)
デグサ(Degusa)より供給されるFW−18カーボンブラック顔料105gを、反応器に5リットル/分の量で供給される乾燥酸素(20%)およびアルゴン中に含まれる1.7%のオゾンに48時間曝露することによって改質した。表面改質中の反応器5の温度は40℃を超えなかった。顔料粒子は、改質した顔料粒子を解凝集するために反応器内壁をぬぐい取る3枚の回転する羽根10を有する反応器5に装填した。羽根10は、5分ごとに10秒間回転させた。顔料粒子の改質が完了してから、粒子を反応器5から塗料缶に移した。静置していると、表面改質した顔料粒子に発熱反応が進行した。缶の中の粉末の温度は200℃を超えた。脱イオン水中の10重量%の顔料における顔料粒子の発熱後のpHは2.29となり、未処理粒子の場合の4〜5と比較される。
【図面の簡単な説明】
【0051】
【図1】本発明の方法で使用される反応器集成体の図である。
【図2】本発明の方法の概略流れ図である。
【図3】本発明の方法で使用される反応器集成体の図1の断面に沿った断面図である。
【図4】撹拌集成体の部分分解図である。
Claims (17)
- 安定化した有機顔料粒子を製造する方法であって、
有機顔料粒子の表面改質を行う工程と、
前記表面改質した粒子を、キャリアガス中に混入させた水性蒸気と接触させて、前記安定化した有機顔料粒子を製造する工程と
を含むことを特徴とする方法。 - 安定化した有機顔料粒子の表面の炭素に対する酸素の比が約0.05〜1であることを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 前記キャリアガスがアルゴン、窒素、ヘリウム、ネオン、二酸化炭素、空気、またはそれらの混合物であることを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 前記キャリアガス中に混入させた前記水性蒸気の重量が、顔料の表面積1m2当たり10〜500μgの範囲であることを特徴とする請求項1、2、または3に記載の方法。
- 前記接触させる工程を、前記表面改質した粒子を解凝集して、前記表面改質した粒子の前記水性蒸気に対する曝露を増加することによって実施することを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 前記安定化した粒子の表面のpHが0.1〜8であることを特徴とする請求項1、2、3、または5に記載の方法。
- 前記粒子の表面をプラズマ活性化プロセスガスに曝露することによって、前記粒子を表面改質することを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 前記プロセスガスが、酸素、窒素、水蒸気、過酸化水素、二酸化炭素、アンモニア、オゾン、一酸化炭素、トリメチルシラン、テトラエトキシシラン、ヘキサメチルジシロキサン、エチレンジアミン、無水マレイン酸、アリールアミン、アセチレン、メタン、エチレンオキシド、水素、スチレン、空気、二酸化硫黄、スルホニル前駆物質、ホスホニル前駆物質、アルコール類、およびそれらの混合物からなる群より選択されることを特徴とする請求項6に記載の方法。
- 前記粒子の表面をオゾンに曝露することによって、前記粒子を表面改質することを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 前記有機粒子が、カーボンブラック、ジケト−ピロロピロール赤色顔料、ペリレン栗色顔料、ポリブタジエン、ポリクロロプレン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリアクリロニトリル、ポリメタクリル酸、ポリ酢酸ビニル、ポリ塩化ビニル、セルロース、銅フタロシアニン青色顔料15:2,3,4、ポリクロロ銅フタロシアニン、C.I.ピグメントグリーン7、キナクリドン赤色顔料、キナクリドンバイオレット、銅フタロシアニンブルー、C.I.ピグメント・イエロー−17、C.I.ピグメント・イエロー−74、C.I.ピグメント・イエロー−83、C.I.ピグメント・イエロー−95、C.I.ピグメント・イエロー−128、C.I.ピグメント・イエロー−151、またはC.I.ピグメント・イエロー−154を含むことを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 請求項1に記載の方法によって製造されることを特徴とする安定化した有機顔料粒子。
- 請求項1に記載の方法によって製造される安定化した有機顔料粒子を含むことを特徴とするインクジェットインク組成物。
- 請求項1に記載の方法によって製造される安定化した有機顔料粒子を含むことを特徴とするコーティング組成物。
- 反応器と、
キャリアガス中に混入させた水性蒸気を前記反応器に導入するための手段と、
前記顔料粒子を解凝集するために前記反応器内に配置された撹拌集成体と
を含むことを特徴とする安定化した有機顔料粒子を製造するための装置。 - オゾンを前記反応器に供給するための手段をさらに含むことを特徴とする請求項14に記載の装置。
- 前記撹拌集成体が、
前記反応器内にあって回転自在にフランジに取り付けられた複数の羽根を含み、前記羽根のそれぞれがコイルを有し、前記コイルが前記反応器の内壁と物理的に接触するように前記羽根に取り付けられることを特徴とする請求項14または15に記載の装置。 - キャリアガス中に混入させた水性蒸気を前記反応器に導入するための前記手段が、前記反応器内部での水性蒸気の滞留時間を増加させるために前記反応器の排気端部とは離れた位置に開口部を有するランスを含むことを特徴とする請求項14または15に記載の装置。
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