JP3959858B2 - カーボンブラック及び記録用インク - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、インク等の色材として使用されるカーボンブラック及びこのようなカーボンブラックを用いた記録用インクに係り、特に、カーボンブラックを改質して、水系媒体中におけるカーボンブラックの分散安定性を向上させ、カーボンブラックを色材に用いた記録用インクの保存安定性等を向上させて、安定した良好な記録が行えるようにした点に特徴を有するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、インクジェットプリンタ等のインク記録装置に使用されるインクとしては、油性のインクの他に、取扱いの容易性や安全性等の面から水性のインクが広く用いられていた。
【０００３】
ここで、水性のインクとしては、一般に色材に水溶性の染料を用い、この水溶性の染料を水系媒体中に溶解させたものが広く使用されていた。
【０００４】
しかし、このような水性のインクは耐水性が悪く、普通紙等の記録媒体に供給して画像を形成した場合、ブリーディングやフェザリングと呼ばれるインクのにじみが生じ、また水との接触によってインクが流れるという問題があった。
【０００５】
このため、近年においては、インクにおける色材にカーボンブラック等の顔料を用い、このカーボンブラック等の顔料を水系媒体中に分散させたインクを使用することが検討されるようになった。
【０００６】
しかし、このようにカーボンブラックを水系媒体中に分散させた場合、カーボンブラックの水系媒体中における分散安定性が充分ではなく、このようなインクをインクジェットプリンタ等のインク記録装置に使用すると、このインク中におけるカーボンブラックが次第に凝集し、これによりインクがインク記録装置のノズルに目詰まりして、インクの吐出安定性が悪くなり、形成される画像が乱れたり、形成される画像の濃度にバラツキが生じたりして、良好な記録を安定して行うことができないという問題があった。
【０００７】
このため、従来においては、上記のようにカーボンブラックを分散させたインク中にトリエチレングリコールモノブチルエーテル等の多価アルコールのアルキルエーテル誘導体や、グリセリルモノアセテート等の多価アルコールのエステル誘導体等の分散剤を添加させて、インク中におけるカーボンブラックの分散安定性を向上させることが試みられた。
【０００８】
しかし、インク中におけるカーボンブラックの分散安定性を向上させるため、上記のような分散剤を多く添加すると、この分散剤によってインク記録装置のノズルにインクが目詰まりし易くなり、インクの吐出安定性が逆に悪化するという問題があり、また分散剤の添加によりインク中における色材の濃度が低下して、形成された画像の濃度が低下するという問題もあった。
【０００９】
また、近年においては、特開平５−２３０４１０号公報に示されるように、カーボンブラックを用いたインクにおける保存安定性を向上させるため、アクリルアミド誘導体をグラフト重合させて表面処理したカーボンブラックを用いるようにしたものや、特開平５−３３９５１６号公報及び特開平６−２５５７２号公報に示されるように、カーボンブラックを用いたインクの保存安定性や分散性を向上させるために、ビニル基を有するモノマーをカーボンブラックにグラフト重合させたものを用いることが提案されている。
【００１０】
しかし、これらの公報に示されるように、カーボンブラックの表面にアクリルアミド誘導体やビニル基を有するモノマーを重合させたカーボンブラックを使用した場合においても、インクがインク記録装置のノズルに目詰まりし易くなり、安定したインクの吐出が行えなくなるという問題が存在した。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
この発明は、インクジェットプリンタ等のインク記録装置に用いられる記録用インクにおいて、色材としてカーボンブラックを使用する場合における上記のような問題を解決することを課題とするものである。
【００１２】
すなわち、この発明においては、カーボンブラックを改質し、このカーボンブラックを色材に用いた記録用インク中において、カーボンブラックが適切に分散された状態で維持され、インクの保存安定性に優れると共に、このような記録用インクをインクジェットプリンタ等のインク記録装置に用いた場合に、このインクがインク記録装置のノズルに目詰まりするのが防止されて、インクが安定して吐出されるようになり、画像の乱れや濃度ムラ等の発生が少ない良好な画像が安定して得られるようにすることを課題とするものである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
この発明の請求項１におけるカーボンブラックにおいては、上記のような課題を解決するため、カーボンブラックの表面に前記の化１に示す構造式（１）の官能基を結合させるようにしたのである。
【００１４】
そして、この発明の請求項１におけるカーボンブラックのように、カーボンブラックの表面に前記の化１に示す構造式（１）の官能基を結合させると、カーボンブラック相互が水系媒体中において凝集するのが抑制されるようになる。また、請求項２に示すように、上記のカーボンブラックの表面に、さらに前記の構造式（２）の官能基を結合させると、カーボンブラック相互が水系媒体中において凝集するのがより一層抑制されるようになる。
【００１５】
ここで、上記のような官能基が表面に結合されたカーボンブラックを用いた場合に、カーボンブラック相互が水系媒体中において凝集するのが抑制される理由については明確ではないが、上記の官能基が親水性を有し、この官能基によりカーボンブラックが水系媒体中に安定して分散されるようになるためであると考えられる。
【００１６】
ここで、前記の構造式（１），（２）に示した官能基におけるＲ１，Ｒ２は、請求項１，２において記載したように、ハロゲン基、直鎖式，枝分れ式，環式の各炭化水素基、アリール基、複素環基、−ＯＲ、−ＣＯＲ、−ＣＯＯＲ、−ＯＣＯＲ、−ＣＯＯＮａ、−ＣＯＯＫ、−ＣＯＯ- ＮＲ4 +、−ＣＮ、−ＮＲ2 、−（Ｓ）n 、−ＳＯ3 Ｈ、−ＳＯ3 Ｎａ、−ＳＯ3 Ｋ、−ＳＯ3 - ＮＲ4 +、−ＮＲ（ＣＯＲ）、−ＣＯＮＲ2 、−ＮＯ2 、−ＰＯ3 Ｈ2 、−ＰＯ3 ＨＮａ、−ＰＯ3 Ｎａ2 、−Ｎ＝ＮＲ、−Ｎ2 +Ｘ- 、−ＮＲ3 +Ｘ- 、−ＰＲ3 +Ｘ- から選択される基であり、Ｒ１，Ｒ２は同じ基であっても、異なった基であってもよいが、特に、カーボンブラックが水系媒体中において凝集するのを抑制するためには、上記のＲ１，Ｒ２が親水性基であることが好ましく、例えば、−ＣＨ2 ＣＨ2 ＣＯＯＨ，−ＣＮ，−ＣＨ2 ＯＨ，−ＯＨ，−ＣＨＯ，−ＯＣＯＣＨ3 ，−ＣＯＯＣＨ3 ，有機酸塩等であることが好ましい。
【００１７】
そして、請求項３に示す記録用インクにおいては、前記のような官能基を表面に結合させたカーボンブラックを色材として水系媒体中に分散させるようにしたのである。
【００１８】
そして、この請求項３に示す記録用インクのように、上記のような官能基が表面に結合されたカーボンブラックを色材として使用すると、カーボンブラックの表面に化学結合された官能基により、カーボンブラック相互が水系媒体中において凝集するのが抑制されて、カーボンブラックが記録用インク中において充分に分散された状態で維持され、この記録用インクの保存安定性が向上する。
【００１９】
また、この記録用インクをインクジェットプリンタ等のインク記録装置に使用した場合において、この記録用インクがインク記録装置のノズルに目詰まりするのが抑制され、インクが安定して吐出されるようになり、画像の乱れや濃度ムラ等の発生も少ない良好な画像が安定して得られるようになる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施形態に係るカーボンブラック及び記録用インクについて具体的に説明する。
【００２１】
ここで、この発明において使用するカーボンブラックとしては、ファーネスブラック，アセチレンブラック，チャネルブラック等の公知のカーボンブラックを使用することができ、ファーネスブラックとしては、例えば、Ｃａｂｏｔ社製ののＲｅａｇａｌ２５０Ｒ，４１５Ｒ，３３０Ｒ、三菱化学社製の＃４５Ｌ、Ｄｅｇｕｓｓａ社製のＰｒｉｎｔｅｘ−３５等を、アセチレンブラックとしては、例えば、電気化学工業社製のＤｅｎｋｅｎｂｌａｃｋ等を、チャネルブラックとしては、例えば、Ｃｏｌｕｍｂｉａｎ Ｃａｒｂｏｎ社製のＮｅｏｓｐｅｃｔｒａII等を用いることができる。
【００２２】
また、この発明において、上記のようなカーボンブラックの表面に、前記の構造式（１）に示す官能基を結合させるにあたっては、下記の化２に示す構造式（３）のホスフィン−ボラン錯体を用いるようにし、また前記の構造式（２）に示す官能基を結合させるにあたっては、下記の化３に示す構造式（４）のホスフィン酸誘導体を用いるようにする。ここで、構造式（３）に示すホスフィン−ボラン錯体としては、例えば、ジフェニルホスフィン−ボラン錯体等を使用することができ、また構造式（４）に示すホスフィン酸誘導体としては、例えば、ジメチルホスファイト等を使用することができる。なお、上記の構造式（３），（４）におけるＲ１，Ｒ２は、上記の構造式（１），（２）におけるＲ１，Ｒ２と同じである。
【００２３】
【化２】
【００２４】
【化３】
【００２５】
そして、この実施形態における記録用インクにおいては、上記の構造式（１），（２）に示す官能基が表面に結合されたカーボンブラックからなる色材を水系媒体中に分散させるようにする。
【００２６】
ここで、上記のカーボンブラックからなる色材を分散させる水系媒体としては、水や水溶性有機溶剤を用いるようにし、水溶性有機溶剤としては、例えば、メチルアルコール、エチルアルコール、ｎ−フロピルアルコール、イソプロピルアルコール等の炭素数が１〜５の脂肪族アルコール等を用いることができる。
【００２７】
また、この実施形態における記録用インクにおいては、上記の水系媒体中に上記のカーボンブラックからなる色材の他に、インクの特性を向上させるため、粘度調整剤、表面張力調整剤、ｐＨ調整剤、保湿剤、キレート剤、浸透剤、防カビ剤、速乾剤、安定剤、定着剤等を加えることが好ましい。
【００２８】
ここで、粘度調整剤は、インクの粘度を調整してインクの吐出性を向上させると共に、普通紙等の記録媒体へのインクの浸透性を調整するために用いられ、例えば、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール等のポリアルキレングリコール類を用いることができ、特に、ポリエチレングリコールを用いることが好ましい。そして、このような粘度調整剤をインクに添加させるにあたっては、その添加量が０〜１０重量％、好ましくは０．１〜８重量％、より好ましくは１〜５重量％の範囲になるようにする。
【００２９】
また、表面張力調整剤は、インクの表面張力を整えてインクの吐出性を向上させると共に、記録媒体へのインクの浸透性を調整するために用いられ、例えば、ノニオン系の界面活性剤や、シリコン系，フッ素系，アセチレン系等の各種の界面活性剤や、アニオン系，カチオン系の界面活性剤等を用いることができ、好ましくはノニオン系の界面活性剤を用いるようにする。そして、この表面張力調整剤をインクに添加させるにあたっては、その添加量が０．１〜５重量％、好ましくは０．１〜３重量％、より好ましくは０．２〜１重量％の範囲になるようにする。
【００３０】
また、ｐＨ調整剤は、インクのｐＨを適切な状態に保ち、ｐＨの変化によってカーボンブラックの分散安定性が低下するのを抑制するために用いられ、例えば、ＮａＨＣＯ3 ，Ｎａ2 Ｂ4 Ｏ7 ，Ｎａ2 ＣＯ3 ，ＫＨＣＯ3 ，Ｋ2 ＣＯ3 ，ＮａＯＨ，ＣＨ3 ＣＯＯＮａ，Ｎ（ＣＨ2 ＣＨ2 ＯＨ）3 等を用いることができ、特に、ＮａＨＣＯ3 を用いることが好ましい。そして、このようなｐＨ調整剤をインクに添加させるにあたっては、その添加量が０．１〜１重量％、好ましくは０．１〜０．５重量％、より好ましくは０．２〜０．５重量％の範囲になるようにする。
【００３１】
また、保湿剤は、水系媒体の主成分である水の蒸発によってインクの濃度や粘度等が変化して、インクの吐出安定性が低下するのを防止するために用いられ、例えば、１，２−エタンジオール、１，２−プロパンジオール、１，３−プロパンジオール、１，２−ブタンジオール、１，３−ブタンジオール、１，４−ブタンジオール、２，３−ブタンジオール、１，５−ペンタンジオール、１，７−ヘプタンジオール、２−メチル−２，４−ペンタンジオール、２−エチル−１，３−ヘキサンジオール、グリセリン、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、テトラエチレングリコール、ポリエチレングリコール２００、ジプロピレングリコール、２，２’−チオジエタノール、１，２，６−ヘキサントリオール等のアルキレングリコール類；１，２−ジメトキシエタン、１，２−ジエトキシエタン、１，２−ジブトキシエタン、ジエチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテル、ジエチレングリコールジブチルエーテル、２−メトキシエタノール、２−エトキシエタノール、２−（メトキシメトキシ）エタノール、２−ブトキシエタノール、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、トリエチレングリコールモノメチルエーテル、トリエチレングリコールモノエチルエーテル、１−メトキシ−２−プロパノール、１−エトキシ−２−プロパノール、ジプロピレングリコール、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル、ジプロピレングリコールモノエチルエーテル、トリプロピレングリコールモノメチルエーテル等の多価アルコールの低級アルキルエーテル類等を用いることができ、特に、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、グリセリン等を用いることが好ましい。そして、このような保湿剤をインクに添加させるにあたっては、その添加量が１〜１０重量％、好ましくは３〜１０重量％、より好ましくは５〜８重量％の範囲になるようにする。
【００３２】
また、キレート剤は、インク中に存在する金属イオンを捕捉し、金属イオンによってカーボンブラックの分散安定性が失われるのを防止するために用いられるものであり、例えば、エチレンジアミン四酢酸ナトリウム、エチレンジアミン四酢酸、ニトリル三酢酸ナトリウム、ヒドロオキシエチルエチレンジアミン三酢酸ナトリウム、ジエチレントリアミン五酢酸ナトリウム、ウラミル二酢酸ナトリウム等を用いることができる。そして、このようなキレート剤をインクに添加させるにあたっては、その添加量が０．１〜１重量％、好ましくは０．１〜０．５重量％、より好ましくは０．２〜０．５重量％の範囲になるようにする。
【００３３】
また、浸透剤は、インクの記録媒体への浸透性を高めるために用いられるものであり、例えば、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、トリエチレングリコールモノブチルエーテル等の多価アルコールの低級アルキネエーテル類等を用いることができる。そして、このような浸透剤をインクに添加させるにあたっては、その添加量が１〜１０重量％、好ましくは３〜１０重量％、より好ましくは４〜８重量％の範囲になるようにする。
【００３４】
また、防カビ剤は、インク中においてカビ等が発生するのを防止するために用いられるものであり、例えば、チアベンゾール（メルク社製），メルガール（ヘキスト社製）等のイミダゾール系のものや、プロキセル（ゼネカ社製）、アモルデン（大和化学工業社製）等のイソチアゾリン系のものや、プレベントールシリーズ（バイエル社製）、ソヂウムオマジン、ジオキシン、ジヒドロ酢酸ナトリウム、水ガラス等を用いることができる。そして、このような防カビ剤をインクに添加させるにあたっては、その添加量が０．０１〜０．５重量％、好ましくは０．０５〜０．４重量％、より好ましくは０．１〜０．４重量％の範囲になるようにする。
【００３５】
また、速乾剤は、インクが記録媒体に付着した後、インクが速やかに乾いたり浸透したりして、他の記録媒体にインクが付着して汚れるのを防止するために用いられるものであり、例えば、メタノール、エタノール、プロパノール、２−プロパノール、１−ブタノール、２−ブタノール等の低級アルコール類等が用いられる。
【００３６】
また、安定剤は、水系媒体中においてカーボンブラックの分散安定性が低下するのを防止するために用いられるものであり、例えば、モノエタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン等のアルコールアミン類；２−ピロリドン、Ｎ−メチル−２−ピロリドン、１，３−ジメチルイミダゾリジノン、１，３−ジメチル−２−イミダゾリジノン，スルホラン，ジメチルサルフォキサイド，ε−カプロラクタム等の環状アミド化合物；スクシンイミド等のイミド化合物；ホルムアミド、ソルビット、１，３−ビス（β−ヒドロキシエチル）ウレア等が用いられ、好ましくはトリエタノールアミンを用いるようにする。そして、このような安定剤をインクに添加させるにあたっては、その添加量が０．１〜１重量％、好ましくは０．１〜０．５重量％、より好ましくは０．２〜０．５重量％の範囲になるようにする。
【００３７】
また、定着剤は、インクの記録媒体への定着性を向上させるものであり、例えば、水溶性のポリエステル類、ポリウレタン類、ポリアミド類、ポリイミド類、ポリアクリル類、ポリビニルアルコール類等が用いられ、好ましくは、ポリ（メタ）アクリル酸エステル類を用いるようにする。そして、このような定着剤をインクに添加させるにあたっては、その添加量が０．１〜１５重量％、好ましくは１〜１０重量％、より好ましくは４〜８重量％の範囲になるようにする。
【００３８】
【実施例】
以下、この発明の実施例に係るカーボンブラック及び記録用インクについて具体的に説明すると共に、比較例を挙げ、この発明の実施例に係るカーボンブラックを用いた記録用インクにおいては、水系媒体中におけるカーボンブラックの分散安定性が優れ、インクの保存安定性やインクの吐出安定性等が向上し、良好な画像が得られることを比較例を挙げて明らかにする。
【００３９】
（実施例１）
この実施例においては、カーボンブラックとして、市販の粒径が３４ｎｍのファーネスブラック（Ｃａｂｏｔ社製：Ｒｅａｇａｌ２５０Ｒ）を用いる一方、このカーボンブラックの表面に官能基を結合させる化合物にはジフェニルホスフィン−ボラン錯体を用いるようにした。
【００４０】
そして、還流冷却管を付けた２００ｍｌの三つ口フラスコ内に、ジフェニルホスフィン−ボラン錯体を４８８ｍｇ（０．００２４４ｍｏｌ）、ヘキサメチルホスホルアミド０．７７ｍｌ（０．００４４４ｍｏｌ）、テトラヒドロフラン５ｍｌの割合で投入し、これを窒素雰囲気下において−７８℃に保ち、これにｎ−ブチルリチウムを０．００２２ｍｏｌ溶解させたヘキサン溶液を添加して２時間攪拌した。
【００４１】
次いで、上記の溶液中に上記のカーボンブラックを３ｇ、溶剤のトルエンを６５０ｍｌの割合で投入し、−７８℃に保ちながらこれを窒素雰囲気下で１時間反応させた後、その温度を１時間かけて室温まで上昇させ、これに酢酸エチル５０ｍｌに溶解させた０．０４Ｎの塩酸を加えて反応を停止させ、その後、これを濾過し、得られたケーキからアセトンを溶媒に用いたソックスレー抽出により未反応物と副生成物とを除去し、ジフェニルホスフィン−ボラン錯体に基づく官能基が表面に結合されたカーボンブラックを得た。
【００４２】
次いで、上記のカーボンブラックを５重量部、グリセリンを１９重量部、蒸留水を７５重量部、トリエタノールアミンを１重量部の割合にしてこれらを室温で３時間混合攪拌した後、ホモジナイザーにより粒径を整え、１０μｍのメンブレンフィルタで濾過してインクを調製した。
【００４３】
（参考例１）
この参考例においては、カーボンブラックとして、上記の実施例１の場合と同じファーネスブラックを用いる一方、このカーボンブラックの表面に官能基を結合させる化合物にジメチルホスファイト（東京化成社製）を用い、それ以外については、上記の実施例１の場合と同様にして、上記のジメチルホスファイトに基づく官能基が結合されたカーボンブラックを得た。
【００４４】
そして、このようにして得たカーボンブラックを用い、上記の実施例１の場合と同様にしてインクを調製した。
【００４５】
（実施例２）
この実施例においても、カーボンブラックとして、上記の実施例１の場合と同じファーネスブラックを用い、このカーボンブラックの表面に、上記の実施例１の場合と同様にして、上記のジフェニルホスフィン−ボラン錯体による官能基を結合させ、その後、このカーボンブラックの表面に、上記の参考例１の場合と同様にして、上記のジメチルホスファイトによる官能基を結合させた。
【００４６】
そして、上記のようにジフェニルホスフィン−ボラン錯体による官能基とジメチルホスファイトによる官能基とが表面に結合されたカーボンブラックを用い、上記の実施例１の場合と同様にしてインクを調製した。
【００４７】
（比較例１）
この比較例においては、カーボンブラックとして、上記の実施例１の場合と同じファーネスブラック（Ｃａｂｏｔ社製：Ｒｅａｇａｌ２５０Ｒ）を用い、このカーボンブラックの表面に官能基を結合させずに、このカーボンブラックをそのまま用いるようにした。
【００４８】
そして、このカーボンブラックを５重量部、グリセリンを１９重量部、蒸留水を７５重量部、トリエタノールアミンを１重量部の割合にし、上記の実施例１の場合と同様にしてインクを調製した。
【００４９】
（比較例２）
この比較例においては、カーボンブラックとして、上記の実施例１の場合と同じファーネスブラックを使用し、このカーボンブラックに紫外線を照射させて、カーボンブラックの表面を表面処理した後、このように表面処理されたカーボンブラックを１７重量部、アクリルアミドを８重量部、蒸留水を７５重量部の割合で混合させ、窒素ガスをこの溶液中に吹き込みながら６５℃で攪拌して１時間重合させた。
【００５０】
その後、遠心分離器により分離させてホモポリマーを充分に除去し、熱水で洗浄した後、これを乾燥させて、表面にアクリルアミドがグラフト重合されたカーボンブラックを得た。
【００５１】
そして、このように表面処理されたカーボンブラックを３重量部、グリセリンを１０重量部、１−プロパノールを４重量部、蒸留水を８３重量部の割合にし、上記の実施例１の場合と同様にしてインクを調製した。
【００５２】
次に、上記のようにして作製した実施例１，２、参考例１及び比較例１，２の各カーボンブラック及び記録用インクについて、分散安定性、保存安定性、温度変化安定性、印字品位、濃度ムラ及び吐出安定性の評価を行い、その結果を下記の表１に示した。
【００５３】
ここで、分散安定性については、上記の実施例１，２、参考例１及び比較例１，２の各カーボンブラックを分散させた１０重量％の分散水溶液をそれぞれ１０ｍｌの遠心沈降管に入れ、市販の遠心分離器（ＢＥＣＫＭＡＮ社製：Ａｖａｎｔｉ Ｊ２５）を用いて１２０００ｒｐｍで１時間遠心分離を行い、その後、その上澄み液について６００ｎｍにおける吸光度を測定し、予め求めておいた検量線に基づき、上澄み液中におけるカーボンブラックの濃度を求め、その濃度が０．０１重量％以上の場合を○、０．０５重量％以上で０．０１重量％未満の場合を△、０．００５重量％未満の場合を×で示した。
【００５４】
また、保存安定性については、上記の実施例１，２、参考例１及び比較例１，２の各カーボンブラックを分散させた１０重量％の分散水溶液をそれぞれ１０ｍｌの遠心沈降管に入れ、この遠心沈降管を４０℃の温度下において３ヶ月間放置し、その後は、上記の分散安定性を測定する場合と同様に、その分散水溶液を１０ｍｌの遠心沈降管に入れて遠心分離を行い、上澄み液中におけるカーボンブラックの濃度を求め、その濃度が０．０１重量％以上の場合を○、０．０５重量％以上で０．０１重量％未満の場合を△、０．００５重量％未満の場合を×で示した。
【００５５】
また、温度変化安定性については、上記の実施例１，２、参考例１及び比較例１，２の各カーボンブラックを分散させた１０重量％の分散水溶液をそれぞれ１０ｍｌのサンプル管に入れ、このサンプル管を−１０℃の温度下で１時間放置させた後、すぐに５０℃の温度下において１時間放置し、これを１サイクルとして、１日に５回のサイクルを行い、これを３日間続けた後、この試験を行う前と試験を行った後とにおいてシアーレートを比較し、インクのチキソ性の有無や物性の安定性を調べ、試験後においても変化がなかった場合を○、変化があった場合を×で示した。
【００５６】
また、印字品位については、上記の実施例１，２、参考例１及び比較例１，２の各インクを用い、普通紙上に幅が３ドットの直線を印字し、直線におけるガタツキ具合を示すＴＥＰ（Ｔａｎｇｅｎｔｉａｌ Ｅｄｇｅ Ｐｒｏｆｉｌｅ）をドットアナライザーＤＡ−５０００Ｓ（王子計測機器社製）を用いて調べ、ＴＥＰが６０μｍ未満の場合を○、ＴＥＰが６０μｍ以上の場合を×で示した。なお、ＴＥＰは、直線のガタツキを本来あるべき直線からの変位量として求め、その標準偏差値を示している。
【００５７】
また、濃度ムラについては、実施例１，２、参考例１及び比較例１，２の各インクを用いて普通紙に印字を行い、ベタの印字部分における画像濃度（ＩＤ）をサクラ濃度計ＰＤＡ６５（コニカ社製）により測定し、印字された部分における画像濃度の濃度差を求め、その濃度差が０．１５未満の場合を○、０．１５以上の場合を×で示した。
【００５８】
また、インクの吐出安定性については、実施例１，２、参考例１及び比較例１，２の各インクを用いてそれぞれ１０時間連続して印字を行った後、インク記録装置の電源を切って１４時間放置し、これを１サイクルとして、５サイクル繰り返した後、線幅が１５０μｍの直線を印字し、この直線上における画像濃度をマイクロデンシトメータ（コニカ社製：ＰＤＭ５）を用いて測定し、画像濃度が０．３未満になる点をインク吐出の欠落部分とし、この欠落部分の距離を調べ、その距離が１０μｍ未満の場合を○、その距離が１０μｍ以上の場合を×で示した。
【００５９】
【表１】
【００６０】
この結果から明らかなように、実施例１，２、参考例１に示すように、カーボンブラックの表面にジフェニルホスフィン−ボラン錯体による官能基やジメチルホスファイトによる官能基を結合させると、このカーボンブラックの水系媒体中における分散安定性や保存安定性や温度変化安定性が、上記の比較例１，２におけるカーボンブラックに比べて向上し、特に、実施例２に示すように、カーボンブラックの表面にジフェニルホスフィン−ボラン錯体による官能基とジメチルホスファイトによる官能基とを結合させると、カーボンブラックの水系媒体中における分散安定性や保存安定性や温度変化安定性がさらに向上した。
【００６１】
また、上記のようなカーボンブラックを用いた実施例１，２、参考例１の各インクをインク記録装置に用いた場合、比較例１，２のインクを用いた場合に比べて、インクがインク記録装置のノズルに目詰まりするのが抑制され、インクが安定して吐出されるようになり、印字品位が優れると共に、濃度ムラの発生も少ない良好な記録が行えるようになった。
【００６２】
【発明の効果】
以上詳述したように、この発明におけるカーボンブラックにおいては、カーボンブラックの表面に前記の化１に示す構造式（１）の官能基を結合させたため、カーボンブラック相互が水系媒体中において凝集するのが抑制され、カーボンブラックの水系媒体中における分散安定性が向上した。
【００６３】
そして、この発明における記録用インクにおいては、上記のような官能基が表面に結合されたカーボンブラックを色材として水系媒体中に分散させるようにしたため、カーボンブラック相互がインク中において凝集するのが抑制され、この記録用インクの保存安定性が向上し、またこの記録用インクをインクジェットプリンタ等のインク記録装置に使用した場合において、この記録用インクがインク記録装置のノズルに目詰まりするのが抑制され、インクが安定して吐出されるようになり、画像の乱れや濃度ムラ等の発生も少ない良好な画像が安定して得られるようになった。
【発明の属する技術分野】
この発明は、インク等の色材として使用されるカーボンブラック及びこのようなカーボンブラックを用いた記録用インクに係り、特に、カーボンブラックを改質して、水系媒体中におけるカーボンブラックの分散安定性を向上させ、カーボンブラックを色材に用いた記録用インクの保存安定性等を向上させて、安定した良好な記録が行えるようにした点に特徴を有するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、インクジェットプリンタ等のインク記録装置に使用されるインクとしては、油性のインクの他に、取扱いの容易性や安全性等の面から水性のインクが広く用いられていた。
【０００３】
ここで、水性のインクとしては、一般に色材に水溶性の染料を用い、この水溶性の染料を水系媒体中に溶解させたものが広く使用されていた。
【０００４】
しかし、このような水性のインクは耐水性が悪く、普通紙等の記録媒体に供給して画像を形成した場合、ブリーディングやフェザリングと呼ばれるインクのにじみが生じ、また水との接触によってインクが流れるという問題があった。
【０００５】
このため、近年においては、インクにおける色材にカーボンブラック等の顔料を用い、このカーボンブラック等の顔料を水系媒体中に分散させたインクを使用することが検討されるようになった。
【０００６】
しかし、このようにカーボンブラックを水系媒体中に分散させた場合、カーボンブラックの水系媒体中における分散安定性が充分ではなく、このようなインクをインクジェットプリンタ等のインク記録装置に使用すると、このインク中におけるカーボンブラックが次第に凝集し、これによりインクがインク記録装置のノズルに目詰まりして、インクの吐出安定性が悪くなり、形成される画像が乱れたり、形成される画像の濃度にバラツキが生じたりして、良好な記録を安定して行うことができないという問題があった。
【０００７】
このため、従来においては、上記のようにカーボンブラックを分散させたインク中にトリエチレングリコールモノブチルエーテル等の多価アルコールのアルキルエーテル誘導体や、グリセリルモノアセテート等の多価アルコールのエステル誘導体等の分散剤を添加させて、インク中におけるカーボンブラックの分散安定性を向上させることが試みられた。
【０００８】
しかし、インク中におけるカーボンブラックの分散安定性を向上させるため、上記のような分散剤を多く添加すると、この分散剤によってインク記録装置のノズルにインクが目詰まりし易くなり、インクの吐出安定性が逆に悪化するという問題があり、また分散剤の添加によりインク中における色材の濃度が低下して、形成された画像の濃度が低下するという問題もあった。
【０００９】
また、近年においては、特開平５−２３０４１０号公報に示されるように、カーボンブラックを用いたインクにおける保存安定性を向上させるため、アクリルアミド誘導体をグラフト重合させて表面処理したカーボンブラックを用いるようにしたものや、特開平５−３３９５１６号公報及び特開平６−２５５７２号公報に示されるように、カーボンブラックを用いたインクの保存安定性や分散性を向上させるために、ビニル基を有するモノマーをカーボンブラックにグラフト重合させたものを用いることが提案されている。
【００１０】
しかし、これらの公報に示されるように、カーボンブラックの表面にアクリルアミド誘導体やビニル基を有するモノマーを重合させたカーボンブラックを使用した場合においても、インクがインク記録装置のノズルに目詰まりし易くなり、安定したインクの吐出が行えなくなるという問題が存在した。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
この発明は、インクジェットプリンタ等のインク記録装置に用いられる記録用インクにおいて、色材としてカーボンブラックを使用する場合における上記のような問題を解決することを課題とするものである。
【００１２】
すなわち、この発明においては、カーボンブラックを改質し、このカーボンブラックを色材に用いた記録用インク中において、カーボンブラックが適切に分散された状態で維持され、インクの保存安定性に優れると共に、このような記録用インクをインクジェットプリンタ等のインク記録装置に用いた場合に、このインクがインク記録装置のノズルに目詰まりするのが防止されて、インクが安定して吐出されるようになり、画像の乱れや濃度ムラ等の発生が少ない良好な画像が安定して得られるようにすることを課題とするものである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
この発明の請求項１におけるカーボンブラックにおいては、上記のような課題を解決するため、カーボンブラックの表面に前記の化１に示す構造式（１）の官能基を結合させるようにしたのである。
【００１４】
そして、この発明の請求項１におけるカーボンブラックのように、カーボンブラックの表面に前記の化１に示す構造式（１）の官能基を結合させると、カーボンブラック相互が水系媒体中において凝集するのが抑制されるようになる。また、請求項２に示すように、上記のカーボンブラックの表面に、さらに前記の構造式（２）の官能基を結合させると、カーボンブラック相互が水系媒体中において凝集するのがより一層抑制されるようになる。
【００１５】
ここで、上記のような官能基が表面に結合されたカーボンブラックを用いた場合に、カーボンブラック相互が水系媒体中において凝集するのが抑制される理由については明確ではないが、上記の官能基が親水性を有し、この官能基によりカーボンブラックが水系媒体中に安定して分散されるようになるためであると考えられる。
【００１６】
ここで、前記の構造式（１），（２）に示した官能基におけるＲ１，Ｒ２は、請求項１，２において記載したように、ハロゲン基、直鎖式，枝分れ式，環式の各炭化水素基、アリール基、複素環基、−ＯＲ、−ＣＯＲ、−ＣＯＯＲ、−ＯＣＯＲ、−ＣＯＯＮａ、−ＣＯＯＫ、−ＣＯＯ- ＮＲ4 +、−ＣＮ、−ＮＲ2 、−（Ｓ）n 、−ＳＯ3 Ｈ、−ＳＯ3 Ｎａ、−ＳＯ3 Ｋ、−ＳＯ3 - ＮＲ4 +、−ＮＲ（ＣＯＲ）、−ＣＯＮＲ2 、−ＮＯ2 、−ＰＯ3 Ｈ2 、−ＰＯ3 ＨＮａ、−ＰＯ3 Ｎａ2 、−Ｎ＝ＮＲ、−Ｎ2 +Ｘ- 、−ＮＲ3 +Ｘ- 、−ＰＲ3 +Ｘ- から選択される基であり、Ｒ１，Ｒ２は同じ基であっても、異なった基であってもよいが、特に、カーボンブラックが水系媒体中において凝集するのを抑制するためには、上記のＲ１，Ｒ２が親水性基であることが好ましく、例えば、−ＣＨ2 ＣＨ2 ＣＯＯＨ，−ＣＮ，−ＣＨ2 ＯＨ，−ＯＨ，−ＣＨＯ，−ＯＣＯＣＨ3 ，−ＣＯＯＣＨ3 ，有機酸塩等であることが好ましい。
【００１７】
そして、請求項３に示す記録用インクにおいては、前記のような官能基を表面に結合させたカーボンブラックを色材として水系媒体中に分散させるようにしたのである。
【００１８】
そして、この請求項３に示す記録用インクのように、上記のような官能基が表面に結合されたカーボンブラックを色材として使用すると、カーボンブラックの表面に化学結合された官能基により、カーボンブラック相互が水系媒体中において凝集するのが抑制されて、カーボンブラックが記録用インク中において充分に分散された状態で維持され、この記録用インクの保存安定性が向上する。
【００１９】
また、この記録用インクをインクジェットプリンタ等のインク記録装置に使用した場合において、この記録用インクがインク記録装置のノズルに目詰まりするのが抑制され、インクが安定して吐出されるようになり、画像の乱れや濃度ムラ等の発生も少ない良好な画像が安定して得られるようになる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施形態に係るカーボンブラック及び記録用インクについて具体的に説明する。
【００２１】
ここで、この発明において使用するカーボンブラックとしては、ファーネスブラック，アセチレンブラック，チャネルブラック等の公知のカーボンブラックを使用することができ、ファーネスブラックとしては、例えば、Ｃａｂｏｔ社製ののＲｅａｇａｌ２５０Ｒ，４１５Ｒ，３３０Ｒ、三菱化学社製の＃４５Ｌ、Ｄｅｇｕｓｓａ社製のＰｒｉｎｔｅｘ−３５等を、アセチレンブラックとしては、例えば、電気化学工業社製のＤｅｎｋｅｎｂｌａｃｋ等を、チャネルブラックとしては、例えば、Ｃｏｌｕｍｂｉａｎ Ｃａｒｂｏｎ社製のＮｅｏｓｐｅｃｔｒａII等を用いることができる。
【００２２】
また、この発明において、上記のようなカーボンブラックの表面に、前記の構造式（１）に示す官能基を結合させるにあたっては、下記の化２に示す構造式（３）のホスフィン−ボラン錯体を用いるようにし、また前記の構造式（２）に示す官能基を結合させるにあたっては、下記の化３に示す構造式（４）のホスフィン酸誘導体を用いるようにする。ここで、構造式（３）に示すホスフィン−ボラン錯体としては、例えば、ジフェニルホスフィン−ボラン錯体等を使用することができ、また構造式（４）に示すホスフィン酸誘導体としては、例えば、ジメチルホスファイト等を使用することができる。なお、上記の構造式（３），（４）におけるＲ１，Ｒ２は、上記の構造式（１），（２）におけるＲ１，Ｒ２と同じである。
【００２３】
【化２】
【化３】
そして、この実施形態における記録用インクにおいては、上記の構造式（１），（２）に示す官能基が表面に結合されたカーボンブラックからなる色材を水系媒体中に分散させるようにする。
【００２６】
ここで、上記のカーボンブラックからなる色材を分散させる水系媒体としては、水や水溶性有機溶剤を用いるようにし、水溶性有機溶剤としては、例えば、メチルアルコール、エチルアルコール、ｎ−フロピルアルコール、イソプロピルアルコール等の炭素数が１〜５の脂肪族アルコール等を用いることができる。
【００２７】
また、この実施形態における記録用インクにおいては、上記の水系媒体中に上記のカーボンブラックからなる色材の他に、インクの特性を向上させるため、粘度調整剤、表面張力調整剤、ｐＨ調整剤、保湿剤、キレート剤、浸透剤、防カビ剤、速乾剤、安定剤、定着剤等を加えることが好ましい。
【００２８】
ここで、粘度調整剤は、インクの粘度を調整してインクの吐出性を向上させると共に、普通紙等の記録媒体へのインクの浸透性を調整するために用いられ、例えば、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール等のポリアルキレングリコール類を用いることができ、特に、ポリエチレングリコールを用いることが好ましい。そして、このような粘度調整剤をインクに添加させるにあたっては、その添加量が０〜１０重量％、好ましくは０．１〜８重量％、より好ましくは１〜５重量％の範囲になるようにする。
【００２９】
また、表面張力調整剤は、インクの表面張力を整えてインクの吐出性を向上させると共に、記録媒体へのインクの浸透性を調整するために用いられ、例えば、ノニオン系の界面活性剤や、シリコン系，フッ素系，アセチレン系等の各種の界面活性剤や、アニオン系，カチオン系の界面活性剤等を用いることができ、好ましくはノニオン系の界面活性剤を用いるようにする。そして、この表面張力調整剤をインクに添加させるにあたっては、その添加量が０．１〜５重量％、好ましくは０．１〜３重量％、より好ましくは０．２〜１重量％の範囲になるようにする。
【００３０】
また、ｐＨ調整剤は、インクのｐＨを適切な状態に保ち、ｐＨの変化によってカーボンブラックの分散安定性が低下するのを抑制するために用いられ、例えば、ＮａＨＣＯ3 ，Ｎａ2 Ｂ4 Ｏ7 ，Ｎａ2 ＣＯ3 ，ＫＨＣＯ3 ，Ｋ2 ＣＯ3 ，ＮａＯＨ，ＣＨ3 ＣＯＯＮａ，Ｎ（ＣＨ2 ＣＨ2 ＯＨ）3 等を用いることができ、特に、ＮａＨＣＯ3 を用いることが好ましい。そして、このようなｐＨ調整剤をインクに添加させるにあたっては、その添加量が０．１〜１重量％、好ましくは０．１〜０．５重量％、より好ましくは０．２〜０．５重量％の範囲になるようにする。
【００３１】
また、保湿剤は、水系媒体の主成分である水の蒸発によってインクの濃度や粘度等が変化して、インクの吐出安定性が低下するのを防止するために用いられ、例えば、１，２−エタンジオール、１，２−プロパンジオール、１，３−プロパンジオール、１，２−ブタンジオール、１，３−ブタンジオール、１，４−ブタンジオール、２，３−ブタンジオール、１，５−ペンタンジオール、１，７−ヘプタンジオール、２−メチル−２，４−ペンタンジオール、２−エチル−１，３−ヘキサンジオール、グリセリン、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、テトラエチレングリコール、ポリエチレングリコール２００、ジプロピレングリコール、２，２’−チオジエタノール、１，２，６−ヘキサントリオール等のアルキレングリコール類；１，２−ジメトキシエタン、１，２−ジエトキシエタン、１，２−ジブトキシエタン、ジエチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテル、ジエチレングリコールジブチルエーテル、２−メトキシエタノール、２−エトキシエタノール、２−（メトキシメトキシ）エタノール、２−ブトキシエタノール、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、トリエチレングリコールモノメチルエーテル、トリエチレングリコールモノエチルエーテル、１−メトキシ−２−プロパノール、１−エトキシ−２−プロパノール、ジプロピレングリコール、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル、ジプロピレングリコールモノエチルエーテル、トリプロピレングリコールモノメチルエーテル等の多価アルコールの低級アルキルエーテル類等を用いることができ、特に、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、グリセリン等を用いることが好ましい。そして、このような保湿剤をインクに添加させるにあたっては、その添加量が１〜１０重量％、好ましくは３〜１０重量％、より好ましくは５〜８重量％の範囲になるようにする。
【００３２】
また、キレート剤は、インク中に存在する金属イオンを捕捉し、金属イオンによってカーボンブラックの分散安定性が失われるのを防止するために用いられるものであり、例えば、エチレンジアミン四酢酸ナトリウム、エチレンジアミン四酢酸、ニトリル三酢酸ナトリウム、ヒドロオキシエチルエチレンジアミン三酢酸ナトリウム、ジエチレントリアミン五酢酸ナトリウム、ウラミル二酢酸ナトリウム等を用いることができる。そして、このようなキレート剤をインクに添加させるにあたっては、その添加量が０．１〜１重量％、好ましくは０．１〜０．５重量％、より好ましくは０．２〜０．５重量％の範囲になるようにする。
【００３３】
また、浸透剤は、インクの記録媒体への浸透性を高めるために用いられるものであり、例えば、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、トリエチレングリコールモノブチルエーテル等の多価アルコールの低級アルキネエーテル類等を用いることができる。そして、このような浸透剤をインクに添加させるにあたっては、その添加量が１〜１０重量％、好ましくは３〜１０重量％、より好ましくは４〜８重量％の範囲になるようにする。
【００３４】
また、防カビ剤は、インク中においてカビ等が発生するのを防止するために用いられるものであり、例えば、チアベンゾール（メルク社製），メルガール（ヘキスト社製）等のイミダゾール系のものや、プロキセル（ゼネカ社製）、アモルデン（大和化学工業社製）等のイソチアゾリン系のものや、プレベントールシリーズ（バイエル社製）、ソヂウムオマジン、ジオキシン、ジヒドロ酢酸ナトリウム、水ガラス等を用いることができる。そして、このような防カビ剤をインクに添加させるにあたっては、その添加量が０．０１〜０．５重量％、好ましくは０．０５〜０．４重量％、より好ましくは０．１〜０．４重量％の範囲になるようにする。
【００３５】
また、速乾剤は、インクが記録媒体に付着した後、インクが速やかに乾いたり浸透したりして、他の記録媒体にインクが付着して汚れるのを防止するために用いられるものであり、例えば、メタノール、エタノール、プロパノール、２−プロパノール、１−ブタノール、２−ブタノール等の低級アルコール類等が用いられる。
【００３６】
また、安定剤は、水系媒体中においてカーボンブラックの分散安定性が低下するのを防止するために用いられるものであり、例えば、モノエタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン等のアルコールアミン類；２−ピロリドン、Ｎ−メチル−２−ピロリドン、１，３−ジメチルイミダゾリジノン、１，３−ジメチル−２−イミダゾリジノン，スルホラン，ジメチルサルフォキサイド，ε−カプロラクタム等の環状アミド化合物；スクシンイミド等のイミド化合物；ホルムアミド、ソルビット、１，３−ビス（β−ヒドロキシエチル）ウレア等が用いられ、好ましくはトリエタノールアミンを用いるようにする。そして、このような安定剤をインクに添加させるにあたっては、その添加量が０．１〜１重量％、好ましくは０．１〜０．５重量％、より好ましくは０．２〜０．５重量％の範囲になるようにする。
【００３７】
また、定着剤は、インクの記録媒体への定着性を向上させるものであり、例えば、水溶性のポリエステル類、ポリウレタン類、ポリアミド類、ポリイミド類、ポリアクリル類、ポリビニルアルコール類等が用いられ、好ましくは、ポリ（メタ）アクリル酸エステル類を用いるようにする。そして、このような定着剤をインクに添加させるにあたっては、その添加量が０．１〜１５重量％、好ましくは１〜１０重量％、より好ましくは４〜８重量％の範囲になるようにする。
【００３８】
【実施例】
以下、この発明の実施例に係るカーボンブラック及び記録用インクについて具体的に説明すると共に、比較例を挙げ、この発明の実施例に係るカーボンブラックを用いた記録用インクにおいては、水系媒体中におけるカーボンブラックの分散安定性が優れ、インクの保存安定性やインクの吐出安定性等が向上し、良好な画像が得られることを比較例を挙げて明らかにする。
【００３９】
（実施例１）
この実施例においては、カーボンブラックとして、市販の粒径が３４ｎｍのファーネスブラック（Ｃａｂｏｔ社製：Ｒｅａｇａｌ２５０Ｒ）を用いる一方、このカーボンブラックの表面に官能基を結合させる化合物にはジフェニルホスフィン−ボラン錯体を用いるようにした。
【００４０】
そして、還流冷却管を付けた２００ｍｌの三つ口フラスコ内に、ジフェニルホスフィン−ボラン錯体を４８８ｍｇ（０．００２４４ｍｏｌ）、ヘキサメチルホスホルアミド０．７７ｍｌ（０．００４４４ｍｏｌ）、テトラヒドロフラン５ｍｌの割合で投入し、これを窒素雰囲気下において−７８℃に保ち、これにｎ−ブチルリチウムを０．００２２ｍｏｌ溶解させたヘキサン溶液を添加して２時間攪拌した。
【００４１】
次いで、上記の溶液中に上記のカーボンブラックを３ｇ、溶剤のトルエンを６５０ｍｌの割合で投入し、−７８℃に保ちながらこれを窒素雰囲気下で１時間反応させた後、その温度を１時間かけて室温まで上昇させ、これに酢酸エチル５０ｍｌに溶解させた０．０４Ｎの塩酸を加えて反応を停止させ、その後、これを濾過し、得られたケーキからアセトンを溶媒に用いたソックスレー抽出により未反応物と副生成物とを除去し、ジフェニルホスフィン−ボラン錯体に基づく官能基が表面に結合されたカーボンブラックを得た。
【００４２】
次いで、上記のカーボンブラックを５重量部、グリセリンを１９重量部、蒸留水を７５重量部、トリエタノールアミンを１重量部の割合にしてこれらを室温で３時間混合攪拌した後、ホモジナイザーにより粒径を整え、１０μｍのメンブレンフィルタで濾過してインクを調製した。
【００４３】
（参考例１）
この参考例においては、カーボンブラックとして、上記の実施例１の場合と同じファーネスブラックを用いる一方、このカーボンブラックの表面に官能基を結合させる化合物にジメチルホスファイト（東京化成社製）を用い、それ以外については、上記の実施例１の場合と同様にして、上記のジメチルホスファイトに基づく官能基が結合されたカーボンブラックを得た。
【００４４】
そして、このようにして得たカーボンブラックを用い、上記の実施例１の場合と同様にしてインクを調製した。
【００４５】
（実施例２）
この実施例においても、カーボンブラックとして、上記の実施例１の場合と同じファーネスブラックを用い、このカーボンブラックの表面に、上記の実施例１の場合と同様にして、上記のジフェニルホスフィン−ボラン錯体による官能基を結合させ、その後、このカーボンブラックの表面に、上記の参考例１の場合と同様にして、上記のジメチルホスファイトによる官能基を結合させた。
【００４６】
そして、上記のようにジフェニルホスフィン−ボラン錯体による官能基とジメチルホスファイトによる官能基とが表面に結合されたカーボンブラックを用い、上記の実施例１の場合と同様にしてインクを調製した。
【００４７】
（比較例１）
この比較例においては、カーボンブラックとして、上記の実施例１の場合と同じファーネスブラック（Ｃａｂｏｔ社製：Ｒｅａｇａｌ２５０Ｒ）を用い、このカーボンブラックの表面に官能基を結合させずに、このカーボンブラックをそのまま用いるようにした。
【００４８】
そして、このカーボンブラックを５重量部、グリセリンを１９重量部、蒸留水を７５重量部、トリエタノールアミンを１重量部の割合にし、上記の実施例１の場合と同様にしてインクを調製した。
【００４９】
（比較例２）
この比較例においては、カーボンブラックとして、上記の実施例１の場合と同じファーネスブラックを使用し、このカーボンブラックに紫外線を照射させて、カーボンブラックの表面を表面処理した後、このように表面処理されたカーボンブラックを１７重量部、アクリルアミドを８重量部、蒸留水を７５重量部の割合で混合させ、窒素ガスをこの溶液中に吹き込みながら６５℃で攪拌して１時間重合させた。
【００５０】
その後、遠心分離器により分離させてホモポリマーを充分に除去し、熱水で洗浄した後、これを乾燥させて、表面にアクリルアミドがグラフト重合されたカーボンブラックを得た。
【００５１】
そして、このように表面処理されたカーボンブラックを３重量部、グリセリンを１０重量部、１−プロパノールを４重量部、蒸留水を８３重量部の割合にし、上記の実施例１の場合と同様にしてインクを調製した。
【００５２】
次に、上記のようにして作製した実施例１，２、参考例１及び比較例１，２の各カーボンブラック及び記録用インクについて、分散安定性、保存安定性、温度変化安定性、印字品位、濃度ムラ及び吐出安定性の評価を行い、その結果を下記の表１に示した。
【００５３】
ここで、分散安定性については、上記の実施例１，２、参考例１及び比較例１，２の各カーボンブラックを分散させた１０重量％の分散水溶液をそれぞれ１０ｍｌの遠心沈降管に入れ、市販の遠心分離器（ＢＥＣＫＭＡＮ社製：Ａｖａｎｔｉ Ｊ２５）を用いて１２０００ｒｐｍで１時間遠心分離を行い、その後、その上澄み液について６００ｎｍにおける吸光度を測定し、予め求めておいた検量線に基づき、上澄み液中におけるカーボンブラックの濃度を求め、その濃度が０．０１重量％以上の場合を○、０．０５重量％以上で０．０１重量％未満の場合を△、０．００５重量％未満の場合を×で示した。
【００５４】
また、保存安定性については、上記の実施例１，２、参考例１及び比較例１，２の各カーボンブラックを分散させた１０重量％の分散水溶液をそれぞれ１０ｍｌの遠心沈降管に入れ、この遠心沈降管を４０℃の温度下において３ヶ月間放置し、その後は、上記の分散安定性を測定する場合と同様に、その分散水溶液を１０ｍｌの遠心沈降管に入れて遠心分離を行い、上澄み液中におけるカーボンブラックの濃度を求め、その濃度が０．０１重量％以上の場合を○、０．０５重量％以上で０．０１重量％未満の場合を△、０．００５重量％未満の場合を×で示した。
【００５５】
また、温度変化安定性については、上記の実施例１，２、参考例１及び比較例１，２の各カーボンブラックを分散させた１０重量％の分散水溶液をそれぞれ１０ｍｌのサンプル管に入れ、このサンプル管を−１０℃の温度下で１時間放置させた後、すぐに５０℃の温度下において１時間放置し、これを１サイクルとして、１日に５回のサイクルを行い、これを３日間続けた後、この試験を行う前と試験を行った後とにおいてシアーレートを比較し、インクのチキソ性の有無や物性の安定性を調べ、試験後においても変化がなかった場合を○、変化があった場合を×で示した。
【００５６】
また、印字品位については、上記の実施例１，２、参考例１及び比較例１，２の各インクを用い、普通紙上に幅が３ドットの直線を印字し、直線におけるガタツキ具合を示すＴＥＰ（Ｔａｎｇｅｎｔｉａｌ Ｅｄｇｅ Ｐｒｏｆｉｌｅ）をドットアナライザーＤＡ−５０００Ｓ（王子計測機器社製）を用いて調べ、ＴＥＰが６０μｍ未満の場合を○、ＴＥＰが６０μｍ以上の場合を×で示した。なお、ＴＥＰは、直線のガタツキを本来あるべき直線からの変位量として求め、その標準偏差値を示している。
【００５７】
また、濃度ムラについては、実施例１，２、参考例１及び比較例１，２の各インクを用いて普通紙に印字を行い、ベタの印字部分における画像濃度（ＩＤ）をサクラ濃度計ＰＤＡ６５（コニカ社製）により測定し、印字された部分における画像濃度の濃度差を求め、その濃度差が０．１５未満の場合を○、０．１５以上の場合を×で示した。
【００５８】
また、インクの吐出安定性については、実施例１，２、参考例１及び比較例１，２の各インクを用いてそれぞれ１０時間連続して印字を行った後、インク記録装置の電源を切って１４時間放置し、これを１サイクルとして、５サイクル繰り返した後、線幅が１５０μｍの直線を印字し、この直線上における画像濃度をマイクロデンシトメータ（コニカ社製：ＰＤＭ５）を用いて測定し、画像濃度が０．３未満になる点をインク吐出の欠落部分とし、この欠落部分の距離を調べ、その距離が１０μｍ未満の場合を○、その距離が１０μｍ以上の場合を×で示した。
【００５９】
【表１】
この結果から明らかなように、実施例１，２、参考例１に示すように、カーボンブラックの表面にジフェニルホスフィン−ボラン錯体による官能基やジメチルホスファイトによる官能基を結合させると、このカーボンブラックの水系媒体中における分散安定性や保存安定性や温度変化安定性が、上記の比較例１，２におけるカーボンブラックに比べて向上し、特に、実施例２に示すように、カーボンブラックの表面にジフェニルホスフィン−ボラン錯体による官能基とジメチルホスファイトによる官能基とを結合させると、カーボンブラックの水系媒体中における分散安定性や保存安定性や温度変化安定性がさらに向上した。
【００６１】
また、上記のようなカーボンブラックを用いた実施例１，２、参考例１の各インクをインク記録装置に用いた場合、比較例１，２のインクを用いた場合に比べて、インクがインク記録装置のノズルに目詰まりするのが抑制され、インクが安定して吐出されるようになり、印字品位が優れると共に、濃度ムラの発生も少ない良好な記録が行えるようになった。
【００６２】
【発明の効果】
以上詳述したように、この発明におけるカーボンブラックにおいては、カーボンブラックの表面に前記の化１に示す構造式（１）の官能基を結合させたため、カーボンブラック相互が水系媒体中において凝集するのが抑制され、カーボンブラックの水系媒体中における分散安定性が向上した。
【００６３】
そして、この発明における記録用インクにおいては、上記のような官能基が表面に結合されたカーボンブラックを色材として水系媒体中に分散させるようにしたため、カーボンブラック相互がインク中において凝集するのが抑制され、この記録用インクの保存安定性が向上し、またこの記録用インクをインクジェットプリンタ等のインク記録装置に使用した場合において、この記録用インクがインク記録装置のノズルに目詰まりするのが抑制され、インクが安定して吐出されるようになり、画像の乱れや濃度ムラ等の発生も少ない良好な画像が安定して得られるようになった。
Claims (3)
- カーボンブラックの表面に下記の化１に示す構造式（１）の官能基が結合されてなることを特徴とするカーボンブラック。
- 請求項１に記載したカーボンブラックにおいて、カーボンブラックの表面にさらに下記の構造式（２）の官能基が結合されてなることを特徴とするカーボンブラック。
- 請求項１又は２に記載したカーボンブラックからなる色材を水系媒体中に分散させたことを特徴とする記録用インク。
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