JP2015196744A - 顔料分散液用の炭素微粒子の製造方法、顔料分散液の製造方法、顔料分散液用の炭素微粒子、顔料分散液、及びインクジェット用インク - Google Patents
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Abstract
Description
〔請求項1記載の発明〕
リグニン含有液から顔料分散液用の炭素微粒子を製造する方法であって、
前記リグニン含有液に無機塩を混合して無機塩混合液とし、
この無機塩混合液を液滴化及び乾燥して無機塩含有微粒子とし、
この無機塩含有微粒子を500℃以上で熱分解して熱分解微粒子とし、
この熱分解微粒子から無機塩を除去して前記顔料用の炭素微粒子とする、
ことを特徴とする顔料分散液用の炭素微粒子の製造方法。
前記無機塩混合液のリグニン濃度を4〜10(質量/容量)%とする、
請求項1記載の顔料分散液用の炭素微粒子の製造方法。
顔料と分散剤及び水とを混合して顔料分散液を製造する方法であって、
前記顔料として請求項1又は請求項2記載の製造方法によって得られた炭素微粒子を使用する、
ことを特徴とする顔料分散液の製造方法。
前記炭素微粒子の混合を、ビーズ径0.2〜0.4mmの分散媒体を用いて行う、
請求項3の顔料分散液の製造方法。
顔料分散液用の炭素微粒子であって、
請求項1又は請求項2記載の製造方法によって得られ、
比表面積が450〜550m2/g、吸油量が800〜900ml/100gである、
ことを特徴とする顔料分散液用の炭素微粒子。
顔料、分散剤及び水が配合された顔料分散液であって、
前記顔料の主成分は、請求項1又は請求項2記載の製造方法によって得られた炭素微粒子であり、
前記分散剤の主成分は、ナフタレン・カルボン酸である、
ことを特徴とする顔料分散液。
顔料、分散剤及び水が配合された顔料分散液に、添加剤が配合されたインクジェット用インクであって、
前記顔料分散液は、請求項6記載の顔料分散液である、ことを特徴とするインクジェット用インク。
本発明者等は、種々の試験を行い、その過程で無機塩含有微粒子の熱分解温度と得られる炭素微粒子の分散性とが相関性を有することを知見した。そこで、更に試験を重ね、熱分解温度を550〜1000℃にすると、分散性が良好な炭素微粒子が得られることを知見し、もって本発明を完成するに至った。
本形態に係る顔料分散液用の炭素微粒子の製造方法は、リグニン含有液を原料とする。このリグニン含有液としては、例えば、製紙工場の蒸解工程等において排出される黒液や、バイオエタノール抽出後の溶液等を使用することができる。
リグニン含有液は、必要により、酸化、脱水等して、脱水ケーキとし、図1に示すように、この脱水ケーキC1を、コンテナ等を使用して撹拌槽70まで搬送し、この撹拌槽70に供給する。また、撹拌槽70には、無機塩X及びろ過清水等の水Wを供給する。無機塩X及び水Wは、各別に撹拌槽70に直接供給することもできる。ただし、撹拌槽70における処理の安定化を図るために、両者X,Wをいったん予備槽60に供給し混合したうえで、流路R1を通して撹拌槽70まで流送し、当該撹拌槽70に供給するのが好ましい。
撹拌槽70において得られたリグニン及び無機塩Xを含むスラリー(無機塩混合液)S1は、流路R2を通して液滴化・乾燥手段であるスプレードライヤ80まで流送し、このスプレードライヤ80において液滴化及び乾燥する。このスプレードライヤ80内には、例えば、送風手段Fから送風が行われ、また、スラリーS1が図示しないスプレーノズルから噴霧される。
サイクロン90及びバグフィルタ91において集塵された無機塩含有微粒子は、流路R5を通して熱分解手段たる外熱ジャケット100aが備わる外熱式のロータリーキルン100まで送り、このロータリーキルン100内に供給して熱分解する。
熱分解微粒子C2は、図2に示すように、コンベア等を使用してスラリー化槽110まで搬送し、このスラリー化槽110に供給する。スラリー化槽110には、熱分解微粒子C2とともに、ろ過清水等の水Wを供給し、熱分解微粒子C2をスラリー化する。このスラリー化は、得られるスラリーS2の固形分濃度が10〜30質量%となるように、好ましくは15〜20質量%となるように行う。
スラリー化槽110において得られたスラリーS2は、流路R8を通して脱水手段たるフィルタープレス120まで流送し、このフィルタープレス120に圧入する。ただし、このスラリーS2の流送に際しては、その途中においてスラリーS2をフィルターたるスクリーン115に通すのが好ましい。スラリーS2をスクリーン115に通すことによってフィルタープレス120における無機塩の除去を均一に行うことができ、一部無機塩が除去されていない炭素微粒子が製造されてしまうのを防止することができる。
洗浄後の炭素微粒子は、例えば、平均粒子径が1〜20μm、より好ましくは平均粒子径が1〜12μmで、外殻の厚さが50〜200nmの中空状であり、また、嵩密度が40〜60kg/m3である。したがって、極めて軽量である。
以上のようにして製造した炭素微粒子は、比表面積が450〜550m2/gであるのが好ましく、480〜520m2/gであるのがより好ましい。比表面積が550m2/gを上回ると、顔料分散液の顔料として使用した場合において、凝集力が強く、分散性が不十分になるおそれがある。また、比表面積が550m2/gを上回ると、インクジェット用インクの顔料として使用した場合において、耐光性が不十分になるおそれがある。他方、比表面積が450m2/gを下回ると、顔料分散液の顔料として使用した場合において、分散粒径が大きくなり、沈降が生じ易くなるため、分散性が不十分になるおそれがある。
本形態の顔料分散液を製造するにあたっては、顔料と分散剤及び水とを混合する。
(顔料)
顔料としては、上記した本形態の炭素微粒子を使用する。この点、顔料としては、本形態の炭素微粒子の他、例えば、カーボンブラック等の公知の顔料を混合使用することもできるが、本形態の炭素微粒子が主成分(例えば50質量%以上、好適には90質量%以上。)となるように使用するのが好ましい。特に本形態においては、顔料として炭素微粒子のみを使用する。
分散剤としては、例えば、非イオン界面活性剤、高分子界面活性剤、エポキシ変性アクリル等、ナフテレン・カルボン酸を使用することができる。ただし、分散剤としては、ナフタレン・カルボン酸を使用するのが好ましく、特殊高分子界面活性剤を使用しないのが好ましい。分散剤としてナフタレン・カルボン酸を使用すると、炭素微粒子の凝集が抑制され、また、顔料分散液の粘度が抑制される。これに対し、分散剤として特殊高分子界面活性剤を使用すると、炭素微粒子が凝集し易くなる。
分散剤や水と混合した炭素微粒子は、例えば、ビーズミル、衝突法、液中プラズマ等の分散機を使用して分散させる(分散処理)。この分散処理においては、凝集している炭素微粒子が一次粒子又は一次粒子に近い状態まで解砕される。この際の炭素微粒子の平均粒子径は、例えば50〜200nm、好ましくは50〜150nmである。なお、平均粒子径(μm)は、レーザー回折方式の粒度分布径(島津製作所社製、製品名SA−LD−2200)を用いて体積平均粒子径(D50)を測定した値である。
インクジェット用インクを製造するにあたっては、顔料分散液と水性媒体や各種添加剤とを混合する。顔料分散液としては、上記した本形態の顔料分散液を使用する。また、水性媒体としては、水や水性溶剤を使用することができる。水性溶剤としては、例えば、保湿剤として機能するもの、浸透剤として機能するもの、乾燥促進剤として機能するもの等が存在するが、本形態においいては、いずれの水性溶剤も使用することができる。添加剤としては、例えば、吐出安定性を付与する機能を有するノニオン性、アニオン性、カチオン性、両イオン性の界面活性剤や、防カビ剤、キレート剤、pH調整剤、消泡剤等を使用することができる。
平均粒子径(μm)は、レーザー回折方式の粒度分布径(型番:マイクロトラックMT−3000II、日機装製)を用いて測定した体積平均粒子径(D50)である。測定試料の調製は、0.1%ヘキサメタ燐酸ソーダ水溶液に粒子を添加し超音波で1分間分散した。
吸油量(mL/100g)は、JIS−K5101−1:2004に準じて測定した。すなわち105℃以上110℃以下で2時間乾燥した試料2g以上5g以下をガラス板に取り、精油アマニ油(酸化4以下のもの)をビュレットから少量ずつ試料の中央に滴下しその都度ヘラで練り合わせして、滴下練り合わせの操作を繰り返し、全体が初めて一本の棒状にまとまったときを終点として、精製アマニ油の滴下量を求め、下記式(1)によって吸油量を算出した。
吸油量(mL/100g)=[アマニ油量(mL)×100]/試料(g)…(1)
粘度(mPa・s)は、雰囲気温度20℃、ローター回転数60rpmの条件下において、B型粘度計(東機産業(株)製、TVM−10M)を用いて測定した値である。
本発明者等は、製紙工場の蒸解工程において排出される黒液をリグニン含有液として使用した試験を行った。この黒液(pH14,固形分濃度50〜60質量%)は、酸化、脱水等して、pH1.0〜2.5、水分率40〜50%、灰分率0.5〜3.0%の脱水ケーキ(一次ケーキ)とした。
Claims (7)
- リグニン含有液から顔料分散液用の炭素微粒子を製造する方法であって、
前記リグニン含有液に無機塩を混合して無機塩混合液とし、
この無機塩混合液を液滴化及び乾燥して無機塩含有微粒子とし、
この無機塩含有微粒子を500℃以上で熱分解して熱分解微粒子とし、
この熱分解微粒子から無機塩を除去して前記顔料用の炭素微粒子とする、
ことを特徴とする顔料分散液用の炭素微粒子の製造方法。 - 前記無機塩混合液のリグニン濃度を5〜7(質量/容量)%とする、
請求項1記載の顔料分散液用の炭素微粒子の製造方法。 - 顔料と分散剤及び水とを混合して顔料分散液を製造する方法であって、
前記顔料として請求項1又は請求項2記載の製造方法によって得られた炭素微粒子を使用する、
ことを特徴とする顔料分散液の製造方法。 - 前記炭素微粒子の混合を、ビーズ径0.2〜0.4mmの分散媒体を用いて行う、
請求項3の顔料分散液の製造方法。 - 顔料分散液用の炭素微粒子であって、
請求項1又は請求項2記載の製造方法によって得られ、
比表面積が450〜550m2/g、吸油量が800〜900ml/100gである、
ことを特徴とする顔料分散液用の炭素微粒子。 - 顔料、分散剤及び水が配合された顔料分散液であって、
前記顔料の主成分は、請求項1又は請求項2記載の製造方法によって得られた炭素微粒子であり、
前記分散剤の主成分は、ナフタレン・カルボン酸である、
ことを特徴とする顔料分散液。 - 顔料、分散剤及び水が配合された顔料分散液に、添加剤が配合されたインクジェット用インクであって、
前記顔料分散液は、請求項6記載の顔料分散液である、ことを特徴とするインクジェット用インク。
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